JP2011238417A - リダンダンシーを有する大電流電源開閉用、または緊急遮断用リレーの構造 - Google Patents

Abstract

【課題】リレー接点を２つ有するリレーを用い、万一、一方の接点に導通障害が起きても他方の接点で接点がオンとなる、緊急遮断用リレーとしての安全性の高いリレーを単一リレーで実現することを目的とする。
【解決手段】この発明の大電流電源開閉、または緊急遮断用リレーの構造はツイン接点を使用し、電磁石に通電することにより、前記可動バネを介する入力を前記出力接点にメーク動作を行わせる電磁継電器において、前記単一の可動バネの先端が２つに分岐して該分岐の先端にそれぞれ接点を有し、かつ、前記出力接点が、該分岐の先端の各接点に対応して２つ設けられていて、それぞれの接点が共通端子に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載用のＥＣＵ（電子制御）電源開閉用や異常時モータ回路緊急遮断用のリレーに関する。

車のＥＰＡＳ（電子パワーステアリング）制御用には、ＥＣＵ（電子制御）電源開閉用と異常時モータ回路緊急遮断用の２種類のリレーが使われている。
電源開閉用、モータ回路緊急遮断用は、共に大電流を制御する為に、大電流開閉可能なリレーを使用している。

これらリレーは、大電流を制御する為にシングルボタン接点などを使用している。しかし、特に、モータ回路緊急遮断用リレーは、異常時の大電流を制御する為にシングルボタン接点などを使用していても、異常時を除き通常は電流開閉を行わない。また、電源開閉用のリレーも使用頻度が低い。

その為に、これらのリレーは、電流開閉に伴う接点アークが生じる事がないので接点表面の自浄作用がなく、表面に絶縁性異物皮膜その他の導通障害物が付着され、あるいは、酸化膜が生成された場合、その障害物の除去が出来なくなり、接点導通障害などの不具合につながり易い欠点があった。

特に、近年、上記ＥＣＵに自己診断機能が付加され、自己診断の場合はそのリレーの接点に流れる電流は小さく、モータコイル電流に比べドライ・サーキット的電流が加速され、リレー接点導通不良と誤判定される問題が生じた。なお、ドライ・サーキット・テストとは、リレーの接点抵抗等が酸化膜の形成により増加したかどうかを調べるテストで、シャント抵抗をテスト電流端子間に挿入し、試料への印加電圧を２０ｍＶ程度に制限して微電流にし、酸化膜にホールが形成されるのを防止するテスト方法である。

従来、このようなリレーの例として、特開２０００−２１０２８９号公報に示されるような、図１９のものがある。
なお、以下の説明において、各部品の構造は、上記特開２０００−２１０２９８号公報(図１，図２)を参照されたい。

図１９の電磁継電器は、基部と、基部に組み付けられる電磁石と、基部に組み付けられ、電磁石の作動に伴って開閉動作する接点部３１とを備える。電磁石と接点部との間には、電磁石により駆動されて接点部３１を開閉動作させる接極子が設置される。

基部は、電気絶縁性の樹脂成形品からなり、主として電磁石が配置される第１部分と、主として接点部が配置される第２部分とを一体に備える。第１部分は、平面視矩形状の底板と、底板の両長縁に沿って直立状に延設される一対の側板とを備えた受皿状の構造を有する。また第２部分は、第１部分の底板一短縁に配置され、第１部分の側板よりも十分に高く立設される柱状の構造を有する。第１部分の底板の他短縁は、開放されている。基部は、正面視で全体としてＬ字状の形状を有する。

電磁石３２は、巻枠と、巻枠に巻き付けて支持されるコイルと、コイルの中心軸線に沿って巻枠に組み込まれる鉄心と、鉄心から巻枠及びコイルの外方へ延設される継鉄３３とを備える。巻枠は、電気絶縁性の樹脂成形品であり、所定長さの中空胴部と、胴部の長手方向両端に設けられる環状の第１及び第２鍔部とを一体に備える。コイルは、巻枠の胴部に導線の所要長さ部分を密に巻着して形成され、巻枠の両鍔部の間に固定的に保持される。

鉄心は、例えば磁性鋼から形成される柱状部材であり、その略円柱状の主部が、コイルの中心軸線に同心配置されて巻枠の胴部内に固定的に受容される。
継鉄３３は、例えば磁性鋼から形成されるＬ字板状部材であり、鉄心の突子に例えばかしめにより固定的に連結されて、コイルの周辺に磁路を形成する。

継鉄３３は、鉄心の突子に連結されて巻枠の第１鍔部に沿って配置される短尺の第１板部分と、第１板部分に略直交して配置され、コイルの側方に離間してコイル中心軸線に略平行に延設される長尺の第２板部分とを一体に備える。継鉄の第２板部分の末端は、巻枠の第２鍔部の近傍で、鉄心の頭部端面と略同一の軸線方向位置に配置され、この末端に隣接して、接極子が揺動可能に継鉄に支持される。

接極子３４は、例えば磁性鋼から形成される平板状の剛性部材であり、接点部に装備される可動接点ばね部材４４を介して、電磁石の継鉄に弾性的相対移動可能に支持されるとともに、鉄心の頭部に対向して配置される。

接極子は、電磁石の鉄心及び継鉄と協働して、コイルによる磁気回路を形成する。電磁石の非作動時には、接極子は、その主表面が鉄心の頭部端面から所定距離だけ離れた復旧位置に静止保持される。電磁石が作動すると、磁気吸引力により接極子は、主表面が頭部端面に接近する方向へ揺動する。

接点部は、メーク固定接点を有する第１の固定接点部材４０と、可動接点を有する可動接点ばね部材４４と、ブレーク固定接点を有する図示されない第２の固定接点部材とを含んで構成される。第１の固定接点部材は、導電性の板金材料から所定形状に打ち抜いてＬ字状に折曲形成され、メーク固定接点を担持する長手方向一端の担持部分と、担持部分に略直交する中間の取付部分と、取付部分からピン状に延長される長手方向他端の固定接点リード部分とを備える。メーク固定接点は、所望の接点材料から形成され、取付部分から離れる側に膨出するように、例えばかしめにより担持部分に固定される。

第２の固定接点部材は、導電性の板金材料から所定形状に打ち抜いてＬ字状に折曲形成され、ブレーク固定接点を担持する長手方向一端の担持部分と、担持部分に略直交する中間の取付部分と、取付部分からピン状に延長される長手方向他端の固定接点リード部分とを備える。ブレーク固定接点は、所望の接点材料から形成され、取付部分に近接する側に膨出するように、例えばかしめにより担持部分に固定される。

可動接点ばね部材４４は、例えばばね用燐青銅の薄板から所定形状に打ち抜いてＬ字状に折曲形成される導電性薄板部材からなり、可動接点を担持する長手方向一端の担持部分と、担持部分から略平行に延長される第１取付部分と、第１取付部分に略直交する方向に延長される第２取付部分と、第１取付部分と第２取付部分との間でＬ字状に延長される略中央の弾性ヒンジ部分と、弾性ヒンジ部分とは反対側で第２取付部分からピン状に延長される長手方向他端の可動接点リード部分とを一体に備える。

可動接点ばね部材４４は、第１取付部分が接極子に例えばかしめにより固定されるとともに、第２取付部分が継鉄の第２板部分に例えばかしめにより固定されて、電磁石に支持される。この状態で、可動接点ばね部材の担持部分は、コイル中心軸線に交差する方向に巻枠の第２鍔部を越えて外方へ延長される。

可動接点は、所望の接点材料から形成され、担持部分の両面に膨出するように、例えばか しめにより担持部分に固定される。可動接点ばね部材４４を電磁石に適正に取り付け、かつ電磁石を基部の第１部分に適正に組み付けた状態で、可動接点は、メーク固定接点とブレーク固定接点との間で、電磁石のコイル中心軸線に略平行な方向（図で上下方向）へ変位可能に配置され、両固定接点に交互に接触できるようになっている。

可動接点ばね部材４４は、弾性ヒンジ部分が接極子と継鉄との間でばね作用を発揮して、接極子を鉄心の頭部から離れる方向へ付勢する。したがって、電磁石の非作動時には、接極子は、その一端部を、継鉄の第２板部分の末端に隣接させつつ、可動接点ばね部材４４のばね作用下で、主表面を鉄心の頭部端面から所定距離だけ離した復旧位置に静止保持される。この状態で、可動接点ばね部材４４の可動接点は、第２の固定接点部材のブレーク固定接点に圧力下で接触し、それによりブレーク接点が閉成される。この復旧位置から、電磁石が作動すると、磁気吸引力により接極子は、継鉄末端に隣接する一端部を中心に、可動接点ばね部材４４の弾性ヒンジ部分のばね力に抗して鉄心頭部に接近する方向へ揺動する。それに伴い、可動接点ばね部材４４の可動接点は、第１の固定接点部材のメーク固定接点に圧力下で接触し、それによりメーク接点が閉成される。

特開２００６−２１０２８９号公報 特開２０００−３１５４４８号公報

本発明は、リレー接点を２つ有するリレーを用い、これらを共通接点（ツイン接点）とすることにより、万一、一方の接点に導通障害が起きても他方の接点で接点がオンとなる、緊急遮断用リレーとしての安全性の高いリレーを単一リレーで実現することを目的とする。あるいは、ツイン接点を採用して、信頼性の高い電源開閉用の単一リレーを提供することを目的とする。

また、リレー接点を２つ有するリレーを用いて、接点接触面が２ヶ所とすることにより全体の接点での接触抵抗を減らすことにより、ＥＣＵに自己診断機能される場合、導通状態でもリレー接点導通不良と誤判定される可能性が低くなる上記リレーを単一リレーで実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明のリダンダンシーを有する大電流電源開閉、または緊急遮断用リレーの構造は、以下の構造を有する。
１．ＰＡＳモータ回路緊急遮断用リレーは、シングル接点より、ツイン接点を使用する。なお、本発明の緊急遮断用リレー及び電源開閉用リレーは、メーク接点である。
２．ツイン接点ではあるが、ツインの内の１接点は導通障害を起こしても、残りの１接点でも十分モータ電流通電に耐える様に導電材の断面積を確保する可動片措置を持ったリレーを用いる。
３．接点は緊急時遮断のみ対応可能にボリュームを小さくしたリレーとする。
（１）片側でも大電流通電に耐える様に、十分な断面積を確保したツイン接点構造を有する。
（２）可動片に導電率が高い材料を採用し接点には小型化した銀又は銀合金を使用した上記リレーを用いる。

すなわち、本発明の電磁継電器は、基部と、該基部に立設したコイル巻枠部と、該巻枠部に巻き付けて支持されるコイルと、該コイルの中心軸線に沿って該巻枠部に組み込まれる鉄心とからなる電磁石を有し、該鉄心の底部から上記コイルの外方へ設けられたヨーク（継鉄）と、該コイルの外方へ設けられたヨーク（継鉄）と一体化され、前記鉄心上部に延在する断面逆Ｌ字状の可動バネと、該可動バネと前記鉄心上部との間に該可動バネと一体化された電磁吸着部材（継鉄）と、上記可動バネの先端に設けられた接点と、該接点の下側、または上下方に設けられた出力接点を有し、前記電磁石に通電することにより、前記可動バネを介する入力を前記出力接点にメーク、またはブレーク動作を行わせる電磁継電器において、前記単一の可動バネの先端が2つに分岐して該分岐の先端にそれぞれ接点を有し、かつ、前記出力接点が、該分岐の先端の各接点に対応して２つ設けられていることを特徴とする。

さらに、前記出力接点が、可動バネの先端に設けられた接点の下側にのみ設けられたメーク接点であること、あるいは、前記出力接点が、可動バネの先端に設けられた接点の下側に設けられたメーク接点と可動バネの先端に設けられた接点の上側に設けられたブレーク接点の両方を有することを特徴とする。

また、前記２つの出力側メーク接点、またはブレーク接点が結合されて１つの出力端子となること、あるいは、前記２つの出力側メーク接点、またはブレーク接点が、それぞれ別の回路に接続されることを特徴とする。

本発明の「リダンダンシーを有する大電流電源開閉、または緊急遮断用リレーの構造」は、リレー接点が２つあるので、万一、一方の接点に導通障害が起きても他方の接点で接点がオンとなれば、緊急遮断用リレー等としての最低限の機能が確保される。

従って、緊急遮断用リレー等としての動作保証の信頼性レベルが高く、重大な事故を防ぐための効果が従来の１接点のものより高い。
また、本発明の「リダンダンシーを有する大電流電源開閉、または緊急遮断用リレーの構造」は、リレー接点が２つあるので、接点接触面での接触抵抗が１接点に比べれば、約１／２となる効果がある。

回路の内部抵抗は接点面での接触抵抗が大部分となるのであるから、このことにより、ＥＣＵに自己診断される場合、接点が導通状態であって、かつ、自己診断のためのリレーの接点に流れる電流は小さくても、リレー接点の接触抵抗のため導通不良と誤判定される不具合を防止できる可能性が高くなる効果がある。

本願と同様の構成は、例えば、図２０に示されるような、２連型のリレーを用い、入力端子及び出力端子を結線すれば、本発明とほぼ同様の機能のものを実現することができる。

しかし、該構成では、各リレーを個別に製造し、これらを１つの筐体に収める構造となるので、コストがほぼ倍になる。本願発明のものは、単に１つのリレーを作ればいいので、製造も簡単だし、部品点数も少なくて済むメリットがある。また、２連型とする余分な組み込み作業も生じない。

本発明の継電器の全体斜視図である。 本発明の継電器の組み立て第１工程を示す図である。 本発明の継電器の組み立て第２工程程を示す図である。 本発明の継電器の組み立て第３工程程を示す図である。 本発明の継電器の組み立て第４工程程を示す図である。 本発明の継電器の組み立て第５工程程を示す図である。 本発明の継電器の組み立て第６工程程を示す図である。 本発明の継電器の部品であるスプールを示す図である。 本発明の継電器の部品である端子を示す図である。 本発明の継電器の部品であるヨークを示す図である。 本発明の継電器の部品である出力端子を示す図である。 本発明の継電器の部品である鉄心を示す図である。 本発明の継電器の部品であるベース（底板）を示す図である。 本発明の継電器の部品である接点形状を示す図である。 本発明の継電器の部品である可動バネを示す図である。 本発明の継電器の部品である継鉄形状を示す図である。 本発明の継電器の部品であるアタリ板を示す図である。 本発明の継電器の部品である筐体を示す図である。 従来の継電器の構造を示す図である。 従来の継電器の他の構造を示す図である。 本発明のコイルのない継電器の全体斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明のリダンダンシーを有する大電流電源開閉、または緊急遮断用リレー１の全体斜視図を示す。なお、参考のため、コイルを巻いていない全体斜視図も図２１に示す。

図１において、５はヨーク、１２は可動片、３はスプール、１３はコイル巻き線、４はコイル端子、１６はカナグアタリ、６は固定出力端子、８はベースである。なお、本発明のリレーの基本構造や動作、また、部品の材料や取り付け方法等は、前記従来例（図１９）と同様のものである。

図２〜図７に上記本発明のリレーの組み立て工程を示す。なお、各部品は、図８〜図１８に示され、符号は、図１〜図１８まで同じ符号を用いている。また、各部品の取付方法は、図１９の従来と同様であって、かしめ等により行われる。

図２において、スプール３（図８）の中心円筒にコイル巻き線が巻かれ、また、該スプール３にコイル端子４（図９）が取り付けられる。これにより、電磁石２０（図２）が形成される。

次いで、図３において、鉄心７（図１２）がスプール３の中心孔に挿入され、ヨーク５（図１０）がスプール３に取り付けられる。
次いで、図４において、固定出力端子６（図１１）がスプール３に取り付けられ、図５において、カナグアタリ１６（図１７）がその上に取り付けられる。なお、本発明は、メーク接点のみの実施例であって、このカナグアタリ１６は、可動接点１２の先端の接点部の防護壁の役割をなすものである。

次に、図６において、可動片１２（図１５）が取り付けられ、図７に示すように、最後にベース８（図１３）が組み込まれて、筐体２１（図１８）で覆って、リレー本体ができ上がる。

なお、可動片の先端及び固定端子の各接点部分には、図１４に示される形状の接点９が各組み込み前に取り付けられている。また、図１６の鉄片（継鉄）１５は、可動片１２の水平部分の下側に一体に取り付けられ、コイル電磁石２０（図２）によってリレー動作時に可動片１２と一体になって吸着されて可動片先端の接点のオン、オフを行うための吸着片である。

前述のように、この発明のリダンダンシーを有する大電流電源開閉、または緊急遮断用リレーの構造は、以下の構造を有する。
１．ＥＰＡＳモータ回路緊急遮断用リレーは、シングル接点より、ツイン接点を使用する。
２．ツイン接点ではあるが、ツインの内の１接点は導通障害を起こしても、残りの１接点でも十分モータ電流通電に耐える様に導電材の断面積を確保する可動片措置を持ったリレーを用いる。
３．接点は緊急時遮断のみ対応可能にボリュームを小さくしたリレーとする。
（１）片側でも大電流通電に耐える様に、十分な断面積を確保したツイン接点構造を有する。
（２）可動片に導電率が高い材料を採用し接点には小型化した銀又は銀合金を使用した上記リレーを用いる。

すなわち、本発明の電磁継電器は、基部（ベース）８に立設したスプール３に設けられたコイル巻枠部に巻き付けて支持されるコイル１３と、該コイルの中心軸線に沿って該巻枠部に組み込まれる鉄心７とからなる電磁石を有し、該鉄心の底部から上記コイルの外方へ設けられたヨーク（継鉄）２３（図１０）と、該コイル１３の外方へ設けられたヨーク（継鉄）２４とが一体化されて（図１０の５）前記スプール３に組み込まれ、図１５の１８の如く、前記鉄心上部に延在する断面逆Ｌ字状の可動バネ１２（図１５）と、該可動バネと前記鉄心上部との間に該可動バネと一体化された電磁吸着部材（継鉄）１５（図１６）とを前記スプール３に組み込み、上記可動バネ１２の先端２１，２２（図１５）に設けられた接点と、該接点の下側、または上下方に設けられた出力接点１８，１９（図１）を設け、前記電磁石に通電することにより、前記可動バネを介する入力を前記出力接点にメーク、またはブレーク動作を行わせる電磁継電器を形成する。

上記構成において、本発明の継電器は、前記単一の可動バネ１２の先端が図１５に示すように、2つに分岐して該分岐の先端２１，２２にそれぞれ接点を有し、かつ、前記出力接点１８，１９が、該分岐の先端の各接点に対応して２つ設けられている。

図１においては、上記出力接点１８，１９が、可動バネの先端２１，２２に設けられた接点の下側にのみ設けられたメーク接点であるが、前記出力接点が、可動バネの先端に設けられた接点の下側に設けられたメーク接点と可動バネの先端に設けられた接点の上側に設けられたブレーク接点の両方を有するものであってもよい。

本発明において、上記各出力接点（ツイン接点）は、共通の出力端子６に接続され、単一出力となって、回路に用いられる。また、図１の本発明の実施例においては、上記ツイン接点は、下側のメーク接点のみであるが、用途によっては、必要に応じて、上側にもブレーク接点を設けて用いてもよいのは前述のとおりである。

このように、本発明の「リダンダンシーを有する大電流電源開閉、または緊急遮断用リレーの構造」は、リレー接点が２つあるので、万一、一方の接点に導通障害が起きても他方の接点で接点がオンとなれば、緊急遮断用リレーとして、あるいは、電源開閉用リレーとして、最低限の機能が確保される。従って、緊急遮断用リレーとしての動作保証レベルが高く、重大な事故を防ぐための効果が従来の１接点のものより高い。また、電源開閉用リレーとしての信頼性が高い。

また、本発明の「リダンダンシーを有する大電流電源開閉、または緊急遮断用リレーの構造」は、リレー接点が２つあるので、接点接触面での接触抵抗が１接点に比べれば、約１／２となる。このことにより、ＥＣＵに自己診断される場合を考えると、回路の内部抵抗は接点面での接触抵抗が大部分となるので、接点が導通状態であって自己診断される場合において、自己診断のためのリレーの接点に流れる電流が小さくてもリレー接点導通不良と誤判定される可能性が低くなる効果があるのは前記のとおりである。

上記実施例の場合、共通の出力端子としたが、上記構成で、出力端子を２つに分離し、前記２つの出力側メーク接点、またはブレーク接点が、それぞれ別の回路に接続されるものであってもよい。

該構成によれば、図２０のように２つの個別のリレーを搭載さた２連型のものに比較し、部品点数とか、組み立て工程を大幅に少なくすることができるので、コストの低い２連型継電器を製造することができる。

上記のように、本発明の継電器は、車載用のＥＣＵ（電子制御）電源開閉用や異常時モータ回路緊急遮断用のリレーとして用いた場合リダンダンシーがあり、接点不良による誤動作が軽減されるので、産業上の利用性が高い。

また、これを個別のリレーの２連型のものと比較した場合、はるかに部品点数とか、組み立て工程が簡便になるので、産業上の利用性が高い。
さらには、２接点型とするので、接点での接触抵抗が半減し、導通しているにも拘わらず、導通テスト時の微少電流に対しても非導通と誤診断する可能性が低くなるので、誤診断による余分な作業が軽減され、産業上の利用性が高い。

１ 継電器
３ スプール
４ コイル端子
５ ヨーク
６ 出力端子
７ 鉄心
８ ベース（底板）
９ 接点
１２ 可動バネ
１３ 電磁コイル
１５ 継鉄
１６ アタリ板
２１ 筐体
３１ 接点部
３２ コイル
３３ ヨーク
４０ 端子
４４ 可動バネ
４８ 出力端子

Claims (5)

1. 基部と、該基部に立設したコイル巻枠部と、該巻枠部に巻き付けて支持されるコイルと、該コイルの中心軸線に沿って該巻枠部に組み込まれる鉄心とからなる電磁石を有し、該鉄心の底部から上記コイルの外方へ設けられたヨーク（継鉄）と、該コイルの外方へ設けられたヨーク（継鉄）と一体化され、前記鉄心上部に延在する断面逆Ｌ字状の可動バネと、該可動バネと前記鉄心上部との間に該可動バネと一体化された電磁吸着部材（継鉄）と、上記可動バネの先端に設けられた接点と、該接点の下側、または上下方に設けられた出力接点を有し、前記電磁石に通電することにより、前記可動バネを介する入力を前記出力接点にメーク、またはブレーク動作を行わせる電磁継電器において、
   前記単一の可動バネの先端が２つに分岐して該分岐の先端にそれぞれ接点を有し、かつ、前記出力接点が、該分岐の先端の各接点に対応して２つ設けられていることを特徴とする電磁継電器。
2. 前記出力接点が、可動バネの先端に設けられた接点の下側にのみ設けられたメーク接点であることを特徴とする前記請求項１記載の電磁継電器。
3. 前記出力接点が、可動バネの先端に設けられた接点の下側に設けられたメーク接点と可動バネの先端に設けられた接点の上側に設けられたブレーク接点の両方を有することを特徴とする前記請求項１記載の電磁継電器。
4. 前記２つの出力側メーク接点、またはブレーク接点が結合されて１つの出力端子となることを特徴とする前記請求項１記載の電磁継電器。
5. 前記２つの出力側メーク接点、またはブレーク接点が、それぞれ別の回路に接続されることを特徴とする前記請求項１記載の電磁継電器。