JP2007311030A

JP2007311030A - 継電器

Info

Publication number: JP2007311030A
Application number: JP2006135935A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kojima; 靖小島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2007-11-29

Abstract

【課題】継電器において、接片の耐久性を向上する。
【解決手段】継電器１０は、固定接片１７と、移動して固定接片１７に接触する可動接片１８とを有するスイッチ部２２を有している。また、可動接片１８を支持している軸２０を軸方向に動かす駆動部２３を有している。駆動部２３の動作により軸２０が軸方向に動くと、軸２０に支持されている可動接片１８が固定接片１７に向かい動く。このとき、可動接片１８の接触面１８ａの一部が溝２１の中に入り込みながら移動する。接触面１８ａの一部が螺旋状の溝２１に沿って移動することにより、可動接片１８に回転力が付与される。可動接片１８が回転することにより、固定接片１７に接触する接点の位置が変わる。よって、可動接片１８の特定の位置の磨耗を防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気回路の開閉を行う継電器に関し、特に固定接片と可動接片の構造に関する。

電動機の出力により走行する電気自動車またはハイブリッド自動車等は、バッテリから電動機へ電力を供給する電気回路の開閉装置として、継電器を用いている。

この継電器は、電気保護装置として用いられる。すなわち、車両の事故または故障等の際に、継電器は、電気回路に流れる電気を遮断することにより電気回路に接続されている機器（バッテリ、インバータ装置及び電動機等）を保護する。また、継電器は、車両のシステムが停止している間、すなわち、車両を使用していない間も、電気回路に接続されている機器を保護する。つまり、継電器は、車両のシステム停止時に、電気回路を遮断し、一方、車両のシステム起動時に、電気回路を接続する。

このように、継電器は、車両のシステム稼動及び停止時において、電気回路の開閉動作を行う。すなわち、当該継電器内の固定接片に対し可動接片が接触及び離隔する動作を行う。この動作を長年繰り返すと、可動接片が固定接片に接触する動作により、接片が磨耗する。この磨耗により、接片の接触抵抗が大きくなり、接片の接触不良等の不具合が生じる。つまり、継電器の寿命が短くなる。

実開昭６３−１０２１４９号公報実開平１−１４５０４１号公報

継電器には、車両の寿命と同様の耐久年数を有することが求められる。このため、接片には、耐久性に優れ、接触抵抗の変化が少ない材質（たとえば、銀合金等）が使用されている。

しかしながら、固定接片に対し可動接片が接触及び離隔する動作を長年繰り返すため、接片の磨耗は避けられない。

本発明の目的は、簡易な構造により接片、特に可動接片の耐久性を向上することができる継電器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の継電器は、固定接片と、移動して当該固定接片に接触する可動接片とを有し、前記可動接片の移動により電気回路の開閉を行う継電器であり、可動接片を支持する軸であって、当該軸の軸方向の動きにより可動接片を移動させ、当該軸に対する可動接片の動きを軸方向の所定の範囲で許容する軸を含み、前記可動接片は、中心に孔が形成されている略円板形状であり、前記軸は、前記可動接片の孔を貫通し、当該可動接片に回転力を付与する回転付与部を有することを特徴とする。

また、本発明の継電器は、前記回転付与部が、前記軸の表面に、軸方向に対し傾斜して形成されている溝であることが好適である。

また、本発明の継電器は、前記溝が、螺旋状に形成されていることが好適である。

また、本発明の継電器は、前記溝が、前記可動接片の動きを許容する前記所定の範囲の一部に形成されていることが好適である。

さらに、本発明の継電器は、前記軸に接する前記孔の内周の接触面が、この接触面の軸方向の長さが前記溝の幅より短くなるように形成されていることが好適である。

本発明の継電器によれば、簡易な構造により可動接片の耐久性を向上することができる。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明に係る実施形態では、電動機（以下、モータと記す）の出力により走行する車両の駆動用電源の電気回路に継電器が用いられている。

図１は、本発明の実施形態に係る駆動用モータを備えた車両の駆動用電源の電気回路図である。電気回路１００は、バッテリ１０１からの直流電流をインバータ装置１０２が交流電流に変換し、駆動電源をモータ１０３に供給する回路である。この供給された駆動電源によりモータ１０３が駆動され、モータ１０３の出力により車両が走行する。

電気回路１００は、この電気回路１００の開閉を行う継電器１０を備えている。継電器１０は、バッテリ１０１とインバータ装置１０２との間の回路に設けられている。つまり、継電器１０は、直流電流が流れる正極及び負極の各母線に接続されている。

本実施形態において、継電器１０は、制御用の電気信号により電気回路１００の開閉を行うことができる電磁継電器である。電気回路１００は、この電磁継電器である継電器１０を制御するＥＣＵ（電子制御装置）１０４を有している。例えば、車両のシステム起動の状態を示す信号がＥＣＵ１０４に入力されると、ＥＣＵ１０４は、電気回路１００を接続するよう継電器１０を制御する。一方、車両のシステム停止の状態を示す信号がＥＣＵ１０４に入力されると、ＥＣＵ１０４は、電気回路１００を遮断するよう継電器１０を制御する。これにより、車両の点検整備等における安全を確保することができる。さらに、車両の事故または故障等の状態を示す各種信号がＥＣＵ１０４に入力されると、ＥＣＵ１０４は、電気回路１００を遮断するよう継電器１０を制御する。これにより、短絡等による大電流から電気回路１００を保護することができる。

次に、継電器１０の概略構成について図２を用いて説明する。上述したとおり本実施形態に係る継電器１０は、電磁継電器であり、この概略構成について以下説明する。

継電器１０は、固定接片１７と、移動して固定接片１７に接触する可動接片１８とを有するスイッチ部２２を有している。また、可動接片１８を支持している軸２０を軸方向に動かす駆動部２３を有している。駆動部２３が軸２０と、当該軸２０に支持されている可動接片１８とを軸方向に駆動することにより、可動接片１８が固定接片１７に接触・離隔される。

駆動部２３の筐体１１の中央には、スイッチ部２２に向かう方向に移動可能に可動鉄心１４が設けられている。そして、可動鉄心１４の周囲にコイル１３が設けられている。可動鉄心１４のスイッチ部２２側には、可動鉄心１４の軸心と同軸上に軸２０が接続されている。軸２０は、可動鉄心１４と一体に動くように、筐体１１に支持されている。

駆動部２３は、継鉄１９を有している。継鉄１９は、スイッチ部２２方向の筐体１１に、可動鉄心１４のスイッチ部２２側に対向するよう設けられている。コイル１３が励磁されて可動鉄心１４が磁化されると、継鉄１９は、移動可能な可動鉄心１４を吸引する。

可動鉄心１４のスイッチ部２２側には、復帰バネ１５が設けられている。復帰バネ１５は、可動鉄心１４を元の位置に復帰させることができるバネである。磁化された可動鉄心１４が継鉄１９に吸引されるよう動くとき、この吸引力は、復帰バネ１５の弾性力より大きい。このため、可動鉄心１４は、復帰バネ１５を介して継鉄１９に近接した状態を保持する。一方、コイル１３が消磁されて可動鉄心１４の吸引力がなくなると、可動鉄心１４は、復帰バネ１５の弾性力により元の位置に復帰することができる。

軸２０は、一端が可動鉄心１４に固定され、先端が筐体１１を貫通し、スイッチ部２２まで延びている棒状の軸である。そして、軸２０は、スイッチ部２２において、可動接片１８を移動可能に支持している。詳しくは、軸２０は、つば部２０ａとつば部２０ｂを有しており、このつば部２０ａとつば部２０ｂの間において、可動接片１８を移動可能に支持している。つば部２０ａ，２０ｂは、例えば円板形状であり、可動接片１８の移動を規制する形状である。つば部２０ａは、軸２０の先端部に設けられ、つば部２０ｂは、軸２０の途中に設けられている。

つば部２０ｂに可動接片１８側には、接圧バネ１６が固定されている。接圧バネ１６は、可動接片１８を固定接片１７に押し付けることができるバネである。すなわち、軸２０が軸方向に動き、可動接片１８が固定接片１７と接触したとき、接圧バネ１６により、可動接片１８が固定接片１７に向けて付勢される。固定接片１７は、スイッチ部２２のカバー１２に固定されており、接圧バネ１６の付勢力に対抗できる。よって、可動接片１８を固定接片１７に確実に接触させることができる。一方、軸２０が元の位置に戻るときは、可動接片１８は、接圧バネ１６による付勢力から解放される。そして、可動接片１８は、この可動接片１８に対しスライドして動く軸２０のつば部２０ａに当接し、軸２０と一体となり動く。その結果、可動接片１８は、固定接片１７から離隔する。

次に、図３及び４を用いて、可動接片１８と軸２０との関係について説明する。図３は、可動接片１８と軸２０の一部とを示す斜視図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ方向の断面図である。

軸２０の表面には、溝幅２１ａを有する溝２１が螺旋状に形成されている。溝２１は、つば部２０ａとつば部２０ｂの間の少なくとも一部に形成されている。

可動接片１８は、電気伝導性が良好な材質である金属からなり、例えば銅製である。そして、可動接片１８は、略円板形状である。この円板形状の中心には、孔が形成されており、この孔に軸２０が貫通している。孔の直径は軸２０の外径より大きいため、上述したように、可動接片１８は軸２０に対し、その軸方向に移動することができる。この孔の内周の接触面１８ａは、この接触面１８ａの軸方向の長さが溝２１の溝幅２１ａより短くなるように形成されている。すなわち、接触面１８ａは、溝２１の表面に接触することができる形状である。さらに、接触面１８ａを含む孔の端部形状が、溝２１の中に入り込む形状であれば好適である。これにより、軸２０に対し可動接片１８が動くとき、可動接片１８は、接触面１８ａの一部が溝２１の中に入り込みながら移動する。接触面１８ａの一部が螺旋状の溝２１に沿って移動することにより、可動接片１８に回転力が付与される。よって、可動接片１８は回転される。

本実施形態の継電器１０の動作について説明する。継電器１０は電磁継電器であり、制御電流により電気回路を開閉する装置である。すなわち、継電器１０は、コイル１３に制御電流を流すと、可動接片１８が固定接片１７に接触し、制御電流を遮断すると、可動接片１８が固定接片１７から離隔する動作を行う。

まず、継電器１０が電気回路を接続する動作、すなわち、可動接片１８が固定接片１７に接触する動作について説明する。制御電流によりコイル１３が励磁されると、可動鉄心１４が磁化されて、継鉄１９に吸引されるよう軸方向に移動する。それに伴い、可動鉄心１４と一体に動く軸２０と、軸２０に支持されている可動接片１８とが軸方向に移動する。まず、可動接片１８が固定接片１７に接触し、可動接片１８の軸方向に対する動きは停止する。可動鉄心１４、すなわち軸２０が更に移動すると、可動接片１８に対し軸２０が動く。このとき、可動接片１８の接触面１８ａの一部が溝２１の中に入り込みながら移動する。接触面１８ａの一部が螺旋状の溝２１に沿って移動することにより、可動接片１８に回転力が付与され、可動接片１８が回転される。さらに、可動鉄心１４が継鉄１９に近接し、停止位置にくると、軸２０が有する接圧バネ１６により、可動接片１８が固定接片１７に向けて付勢される。よって、回転している可動接片１８は停止し、確実な接触を行うことができる。

一方、継電器１０が電気回路を遮断する動作、すなわち、可動接片１８が固定接片１７から離隔する動作について説明する。コイル１３が消磁されると、吸引力がなくなった可動鉄心１４は、復帰バネ１５の弾性力により元の位置に復帰する。それに伴って、可動鉄心１４と一体に動く軸２０も移動する。このとき、可動接片１８の接触面１８ａの一部が溝２１の中に入り込みながら移動する。接触面１８ａの一部が螺旋状の溝２１に沿って移動することにより、可動接片１８に回転力が付与される。可動接片１８には、固定接片１７に対し力が働いていないため、回転することができる。その後、可動接片１８はつば部２０ａに当接し、可動接片１８が固定接片１７から離隔する。そして、つば部２０ａとの摩擦により、回転力を失い、可動接片１８の回転は停止する。

以上のような構成により、継電器１０が動作するたび、すなわち、可動接片１８が固定接片１７に対し接触及び離隔を繰り返すたびに、可動接片１８が回転する。これにより、可動接片１８が固定接片１７に接触する接点は、一定ではなく、継電器１０の動作毎にずれる。よって、可動接片１８の特定の位置に磨耗が集中することを防止することができる。この結果、簡易な構造により、可動接片１８の耐久性を向上することができる。さらに、可動接片１８は、耐久性を考慮した材料を採用する必要はなく、安価で電気伝導性が良好である材料を採用することができる。

また、可動接片１８が固定接片１７に接触して回転する動作により、接片同士の接触する表面のゴミ等が除去されるワイピング効果を得ることができる。

本実施形態では、溝２１は軸２０の表面に螺旋状に形成されている。しかし、可動接片１８に回転力を付与する形状であれば、どのような形状であってもよい。例えば、溝２１が軸２０の表面に、軸方向に対し傾斜して形成されていてもよい。

本実施形態では、可動接片１８が弾性力を有していないが、弾性力を有していてもよい。これにより、接圧バネ１６に関係なく、つば部２０ｂから押圧力を受ける可動接片１８は、変形し、固定接片１７に向かい付勢することができる。よって、可動接片１８は固定接片１７に確実に接触することができる。

本実施形態では、可動接片１８が略円板形状であるが、可動接片１８の回転により円周状に形成される接点位置が確保される形状であれば、可動接片１８の外形がどのような形状であってもよい。

本実施形態では、継電器１０は車両の駆動用電源の電気回路に用いられているが、他の電気回路において、この回路の開閉を行うために用いてもよい。また、継電器１０は電気を駆動源として軸２０を動かしているが、他の駆動源（空気、油等）を用いた継電器でもよい。

本発明の実施形態に係る駆動用モータを備えた車両の駆動用電源の電気回路図である。本発明の実施形態に係る継電器の概略構成を示す断面図である。本発明の実施形態に係る継電器の可動接片と軸を示す斜視図である。図３におけるＡ−Ａ方向の断面図である。

符号の説明

１０継電器、１１筐体、１２カバー、１３コイル、１４可動鉄心、１５復帰バネ、１６接圧バネ、１７固定接片、１８可動接片、１９継鉄、２０軸、２１溝、２２スイッチ部、２３駆動部、１００電気回路、１０１バッテリ、１０２インバータ装置、１０３モータ、１０４ＥＣＵ。

Claims

固定接片と、移動して当該固定接片に接触する可動接片とを有し、
前記可動接片の移動により電気回路の開閉を行う継電器において、
可動接片を支持する軸であって、当該軸の軸方向の動きにより可動接片を移動させ、当該軸に対する可動接片の動きを軸方向の所定の範囲で許容する軸を含み、
前記可動接片は、中心に孔が形成されている略円板形状であり、
前記軸は、前記可動接片の孔を貫通し、当該可動接片に回転力を付与する回転付与部を有する、
ことを特徴とする継電器。
請求項１記載の継電器において、
前記回転付与部は、前記軸の表面に、軸方向に対し傾斜して形成されている溝である、
ことを特徴とする継電器。
請求項２記載の継電器において、
前記溝は、螺旋状に形成されている、
ことを特徴とする継電器。
請求項２または３記載の継電器において、
前記溝は、前記可動接片の動きを許容する前記所定の範囲の一部に形成されている、
ことを特徴とする継電器。
請求項２から４のいずれか１記載の継電器において、
前記軸に接する前記孔の内周の接触面は、この接触面の軸方向の長さが前記溝の幅より短くなるように形成されている、
ことを特徴とする継電器。