JP2012199122A - リレー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの発熱に伴う脱ガスによる接点の接触信頼性の低下を軽減したリレー装置を提供する。
【解決手段】リレー装置１は、固定接点１２と可動接点１４とを内包した接点チャンバ２と、可動接点１４を固定接点１２に対して接離させる可動部１５と、可動部１５を駆動させる電磁石部３０とを備え、可動部１５が、電磁石部３０に駆動されて軸方向Ａｘに移動する可動軸２３を備え、電磁石部３０は、可動軸２３を軸方向Ａｘに駆動させる可動鉄心３１と、可動鉄心３１より外周側に配置されたコイル３９と、コイル３９の外周を覆う継鉄４１とを備え、接点チャンバ２の内側に可動部１５と可動鉄心３１とを配置し、接点チャンバ２の外側に継鉄４１の少なくとも一部とコイル３９とを配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、リレー装置に関する。

従来から、リレー装置として、特許文献１の電磁リレー等がある。この電磁リレーは、アマチュアと、コイルと、インナーコアと、トップコアと、可動接点とをハウジング内に備えると共に、このハウジングの開口を、固定接点を取り付けたセラミックヘッダで覆った封止構造を有する。

ＵＳ２００８／０１２２５６２号

しかしながら、上述した構成の電磁リレーでは、コイルやボビンを、接点チャンバであるハウジングの内部に配置しており、コイルの励磁の際にコイルに生じる熱で、コイルの導線の皮膜やボビンを形成する樹脂からガスが発生（脱ガス）することがある。そして、接点チャンバ内でガスが発生すると、当該ガスに接点等が汚染され、接点の接触信頼性が低下することがある。

そこで、この事情を鑑み、コイルの発熱に伴う脱ガスによる接点の接触信頼性の低下を軽減したリレー装置を提供することを課題とした。

上記課題を解決するために、本発明のリレー装置は、外部から隔離された空間を内部に形成する接点チャンバと、コイルと、継鉄とを備えたリレー装置において、前記接点チャンバの外側に、前記継鉄の少なくとも一部と、前記コイルとを配置したことを特徴とする。

このリレー装置として、前記接点チャンバと、前記接点チャンバに固定された固定接点と、前記固定接点に対して移動し接離する可動接点と、前記可動接点を前記固定接点に対して接離させる可動部と、前記コイル及び前記継鉄を有し前記可動部を駆動させる電磁石部とを備え、前記可動部が、前記電磁石部に駆動されて軸方向に移動する可動軸を備え、前記電磁石部は、前記可動軸が接続され前記可動軸を前記軸方向に駆動させる可動鉄心を更に有し、前記コイルが前記可動鉄心より外周側に配置され前記可動軸の周方向において巻回されて形成され、前記継鉄が前記コイルの少なくとも外周を覆い、前記接点チャンバの内側に、前記固定接点と、前記可動接点と、前記可動部と、前記可動鉄心とを配置したことが好ましい。

このリレー装置として、前記可動軸の軸方向における一方の端部側に前記可動接点及び前記固定接点が位置し、他方の端部側に前記電磁石部が位置し、前記継鉄が、前記コイルの外周を覆う周壁部と、前記コイルの前記軸方向における前記可動接点側の一端を覆う板状の上板とを備え、前記上板を前記接点チャンバの内側に配置し、前記周壁部を前記接点チャンバの外側に配置したことが好ましい。

このリレー装置として、前記電磁石部が、前記コイルの励磁に伴い磁化される固定鉄心を更に備え、前記固定鉄心を前記接点チャンバの外側に配置し、前記継鉄に固定したことが好ましい。

このリレー装置として、前記接点チャンバの内側の空気を排出した後、前記接点チャンバの内側に消弧性ガスを充填したことが好ましい。

このリレー装置として、前記接点チャンバが、前記固定接点を固定した絶縁ケースを有し、前記絶縁ケースをセラミックスにより形成したことが好ましい。

このリレー装置として、前記接点チャンバが、前記固定接点を固定した絶縁ケースを有し、前記絶縁ケースを成形樹脂により形成したことが好ましい。

このような構成としたことで、従来のリレー装置に比べて、コイルの発熱に伴う脱ガスによる接点の接触信頼性の低下を軽減し易くすることができる。

第１実施形態のリレー装置の断面図である。 第２実施形態のリレー装置の簡略化した断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて例示して説明する。

（第１実施形態）
本例のリレー装置１は、例えば電気自動車や所謂ハイブリット様式の自動車に設けられ、車載のバッテリーと車載のモータとの間や、このバッテリーとこのバッテリーの充電用の外部電源との間に配置される車載の直流高電圧用の装置となっている。

そして、本リレー装置１は、図１に示すように、接点の接触や離脱（接離）に伴い通電と遮断とを切り替える接点部１０と、外部から隔離した空間を形成する接点チャンバ２と、接点を接離させる駆動部とを備えている。

接点チャンバ２は気体の抜け難い略気密空間或いは気密空間を内部に有し、この略気密空間内には、水素や窒素、六フッ化硫黄等を主体とする消弧性ガスが例えば２気圧程度でもって充填されている。そのため、本リレー装置１は、消弧性ガスの充填された接点チャンバ２内で、接点部１０の接点が接離する。

そして、当該充填の際には、接点チャンバ２に設けた排気口（図示せず）を介して、接点チャンバ２内の空気を抜き接点チャンバ２内を真空或いは減圧状態にする。この後、接点チャンバ２内に消弧性ガスを充填して、接点チャンバ２内の残留空気による消弧性ガスの濃度低下を抑制している。

また、接点チャンバ２は、駆動部の一部及び接点部１０を収容し一端に開口面を有した封止キャップ３と、封止キャップ３の開口面を塞ぐ絶縁ケース８とで主体が構成されている。

封止キャップ３は、一端が開口面の縁部を形成する筒状の側壁部４と、側壁部４の他端に接続され当該他端側を塞ぐ板状部５と、板状部５に接続された略円筒状の有底筒部７とで主体が構成されている。そして、側壁部４と板状部５とは接点部１０を収容する接点容器部となっており、当該接点容器部と有底筒部７とは、セラミックスや成形樹脂等の絶縁性と耐熱性を有した材料により一体に形成されている。

また、板状部５は板面の略中央に貫通孔６を有し、貫通孔６の縁部には有底筒部７の開口側の端部が接続されており、貫通孔６と有底筒部７内の空間とが連通している。有底筒部７は板状部５から略直交した向きに軸心を有して板状部５から突出しており、突出先端が底側の端部となっている。

絶縁ケース８は、セラミックスや成形樹脂等の絶縁性と耐熱性を有した材料により板状に形成され、板状部５と対向して側壁部４の一端側（開口面の縁部側）に取り付けられ、封止キャップ３の開口面を封止している。また、絶縁ケース８は板面に、接点チャンバ２内の空気を抜くと共に接点チャンバ２内に消弧性ガスを充填するための排気口と、二つの貫通孔９とが設けられ、当該排気口は消弧性ガスの充填後封止される。

接点部１０は、貫通孔９に挿通され絶縁ケース８に固定された固定端子１１と、駆動部によって移動される平板状の可動接触子１３と、固定端子１１と可動接触子１３との各々に設けられた接点とで主体が構成されている。

固定端子１１は導電性部材で有底円筒状に形成され、円筒の底側端部を接点チャンバ２内に突出させて配置され、当該底側端部に接点（固定接点１２）が固着されている。また、固定端子１１は軸心を絶縁ケース８に略直交させて各貫通孔９に一つずつ設けられている。

可動接触子１３は導電性材料で平面視略長方形の平板状に形成され、長手方向Ｌが二つの固定端子１１の並ぶ向きと略平行に配置されている。そして、可動接触子１３は、一方の板面が固定接点１２側を向くと共に、この板面の長手方向Ｌの両端部に接点（可動接点１４）が固着され、可動接点１４が固定接点１２と対向している。

また、可動接触子１３は長手方向Ｌの略中央に貫通孔が設けられると共に、略中央で駆動部に接続されている。以下、説明の便宜上、上述の可動接触子１３の長手方向Ｌを単に長手方向Ｌと称し、方向の基準の一つとする。

駆動部は、可動接点１４を接離させる可動部１５と、可動部１５を駆動させる電磁石部３０とで主体が構成されている。可動部１５は、可動接触子１３を固定端子１１側に弾性付勢する接圧ばね２２と、可動接触子１３を介して接圧ばね２２が圧縮懸架される可動接触子ホルダー１６と、電磁石部３０により軸方向Ａｘに駆動される可動軸２３とで主体が構成されている。そのため、駆動部は所謂プランジャ型となっている。以下、説明の便宜上、可動軸２３の軸方向Ａｘを単に軸方向Ａｘと称し、方向の基準の一つとする。

可動接触子ホルダー１６は、板状で略中央に貫通孔１８を有した第１中央片１７と、板状で略中央に貫通孔２０を有した第２中央片１９と、第１中央片１７と第２中央片１９を軸方向Ａｘにおいて接続する接続片２１とで主体が構成されている。そして、第１中央片１７と第２中央片１９と接続片２１とは一体に形成されると共に、第１中央片１７と第２中央片１９は可動接触子１３を軸方向Ａｘの間に挟んで所定の間隔離れている。

第１中央片１７は可動接触子１３の固定端子１１側の板面に当接され、貫通孔１８に可動軸２３が挿通されている。第２中央片１９は板面が第１中央片１７の板面と略平行に対向し、貫通孔２０が貫通孔１８と略同心に位置すると共に、貫通孔２０に可動軸２３が挿通されている。また、第１中央片１７と第２中央片１９との軸方向Ａｘの間には、接圧ばね２２が圧縮されて配置されている。

接圧ばね２２は圧縮された状態で、軸方向Ａｘにおける一方の端部が第２中央片１９に当接されると共に、他方の端部が可動接触子１３に当接されることで、可動接触子ホルダー１６に圧縮懸架されている。そのため、接圧ばね２２は可動接触子ホルダー１６を介して可動接触子１３を固定端子１１側に向けて弾性付勢し、可動接点１４に対して固定接点１２に押し付ける向きで接圧を付与している。

可動軸２３は、第１端部２４側が第２端部２５側より径の小さい小径部２６となっており、第２端部２５側が有底筒部７内に略同心で配置され、第１端部２４側である小径部２６が、側壁部４に囲まれた空間内に突出している。

小径部２６は、可動接触子ホルダー１６の貫通孔１８及び貫通孔４６と、可動接触子１３の貫通孔とに挿通されると共に、第１中央片１７から第１端部２４が突出している。そして、第１端部２４にはＥリングやＣリング等の抜け止め部材２８が取り付けられており、抜け止め部材２８によって可動接触子１３と可動接触子ホルダー１６とが可動軸２３から抜け止めされている。また、可動軸２３は第２端部２５側から小径部２６に至る段部２７に、第２中央片１９の貫通孔２０の縁部が当接されており、接圧ばね２２の弾性付勢によって第２中央片１９が第１中央片１７から所定の間隔以上離れることが抑制されている。

また、可動軸２３は電磁石部３０の励磁と当該励磁の解除とに伴い軸方向Ａｘに駆動される。可動軸２３のこの駆動に伴い可動接触子１３が可動接触子ホルダー１６を介して軸方向Ａｘに移動し、この移動に伴い可動接点１４が固定接点１２に対して軸方向Ａｘに接離する。そのため、可動接触子１３と固定端子１１との間には、可動接点１４を固定接点１２に接離させるための間隔（接点ギャップ）を有する。そして、可動接点１４が固定接点１２に当接した状態で、可動軸２３が固定端子１１側に更に駆動されると、接圧ばね２２の可動接触子１３に対するばね負荷が増加し、可動接点１４を固定接点１２に押し付ける向きで可動接点１４に接圧が付与される。

電磁石部３０は、円筒状の可動鉄心３１と、可動鉄心３１の外周を囲む円筒状の固定鉄心３５と、固定鉄心３５の外周に配置されたコイル３９と、可動鉄心３１を弾性付勢する復帰ばね３８と、コイル３９の外側を囲む継鉄４１とで主体が構成されている。

可動鉄心３１は有底筒部７内に略同心で配置され、内側に可動軸２３が挿通され、固着されると共に、有底筒部７の底側に位置する端部（下端部３３）から第２端部２５が突出している。また、可動鉄心３１は有底筒部７の開口側に位置する端部（上端部３２）に凹部３４を有し、凹部３４内に復帰ばね３８が配置されている。

復帰ばね３８は可動鉄心３１と略同心で配置されたコイルばねを主体とし、軸方向Ａｘにおける一端が凹部３４から突出すると共に継鉄４１の上板４３（詳細は後述する）に当接されており、可動鉄心３１を第２端部２５側に弾性付勢している。

固定鉄心３５は略同心で有底筒部７の外周に配置され、軸方向Ａｘにおける寸法が可動鉄心３１と略同寸となっている。そして、固定鉄心３５は有底筒部７の開口側に位置する端部（上端部３６）が上端部３２より第２端部２５側に位置し、有底筒部７の底側に位置する端部（下端部３７）が下端部３３より第２端部２５側に位置している。

コイル３９は外周側に開口した中空円筒状のコイルボビン４０に、励磁用の導線を巻回して形成されている。そして、コイル３９は導電部材等を介して外部の励磁用電源や励磁用制御手段等に電気的に接続されており、コイル３９の励磁に伴い可動鉄心３１が固定鉄心３５から離れる向きに移動し、この移動に伴い上端部３６から上端部３２に至る軸方向Ａｘにおける寸法が広がる。

継鉄４１は、金属材料等の剛性と導電性とを有した材料で形成され、コイル３９の励磁に伴い磁路（磁力線の経路）が生じると、この磁路の一部として機能する。そして、継鉄４１は、コイルボビン４０の外周側を覆う筒状の周壁部４２と、コイルボビン４０の軸方向Ａｘにおける一方の端面を覆う上板４３と、他方の端面を覆う下板４５とで主体が構成されている。

周壁部４２は接点チャンバ２の外側に配置されると共に、周壁部４２の軸方向Ａｘにおける板状部５から遠い側の端部に、下板４５の外周端が接続され、周壁部４２と下板４５とが一体に形成されている。そして、下板４５は略中央に貫通孔４６が設けられ、有底筒部７の底側の端部が貫通孔４６に挿入されると共に、有底筒部７の周面が貫通孔４６の周縁に当接されている。

上板４３は封止キャップ３の接点部１０を囲う空間内に配置され、一方の板面が板状部５に取り付けられ、板状部５の固定端子１１側を向く板面の略全体を覆っている。そして、上板４３は貫通孔６より小径の貫通孔４４を板の略中央に有している。貫通孔４４は貫通孔６と略同心で連通し、貫通孔４４に可動軸２３が挿通されると共に、貫通孔４４の縁部に、復帰ばね３８の凹部３４から突出した側の端部が固着されている。また、上板４３は外周端が周壁部４２と軸方向Ａｘにおいて並んで位置している。そのため、継鉄４１はコイル３９の外側を覆うと共に、コイル３９の励磁に伴い生じる磁路の一部を形成している。

また、上述のように構成されたリレー装置１は、以下のように動作する。図１に示す状態はコイル３９の励磁前の状態となっている。このコイル３９の励磁前は、復帰ばね３８の付勢によって可動鉄心３１が有底筒部７の底側に移動された状態となるため、可動接点１４と固定接点１２とが接点ギャップを有して対向している。そのため、コイル３９励磁前の接点部１０は、二つの固定接点１２の間の電気的な接続を断った遮断状態となっている。

そして、コイル３９が励磁されると、可動鉄心３１が貫通孔６側（有底筒部７の開口側）に近づく向きに移動し、この移動に伴い可動軸２３が固定端子１１側に駆動される。
この駆動に伴い可動接触子１３の軸方向Ａｘにおける位置規制が解かれ、接圧ばね２２の弾性付勢によって、可動接触子１３が固定端子１１側に移動する。この可動接触子１３の移動に伴い可動接点１４は固定接点１２に近づいてゆき、可動接点１４が固定接点１２に当接されると、可動接触子１３と可動接点１４の軸方向Ａｘにおける移動が止まる。そして、接点部１０は、可動接点１４を固定接点１２に当接することで、可動接触子１３を介して二つの固定接点１２の間を電気的に接続した導通状態に切り替わる。また、この導通状態では、接圧ばね２２の弾性付性によって、可動接点１４が固定接点１２に押し付けられ、当接した状態に保持される。

この励磁した状態からコイル３９の励磁を切ると、可動鉄心３１は、復帰ばね３８の付勢力を主として有底筒部７の底側の端部に近づく向きで軸方向Ａｘに移動され、図１に示す励磁前の状態に復帰する。そして、可動接点１４は、可動鉄心３１の移動に伴う可動軸２３の駆動によって、固定接点１２との当接を解くと共に、固定接点１２と所定の距離（接点ギャップ）を有して対向し、接点部１０が遮断状態に戻る。

ところで、コイル３９は励磁された際に発熱し、この熱によってコイル３９の導線の樹脂製の皮膜や樹脂製のコイルボビン４０からガスが発生する（脱ガスする）ことがある。そして、このガスが接点チャンバ２内に侵入すると、接点部１０への付着等で接点チャンバ２内が汚染され、接点の接触信頼性が低下する。

対して、本リレー装置１は、コイル３９やコイルボビン４０を接点チャンバ２外に配置したことで、脱ガス時に、コイル３９やコイルボビン４０から生じたガスが接点チャンバ２内に浸入し難くなっている。そのため、脱ガスによる接点チャンバ２内の汚染が抑制され、脱ガス時の接点の接触信頼性の低下を軽減し易くなっている。

また、固定鉄心３５は有底筒部７内に配置してもよい。例えば、有底筒部７の底側の端部と可動鉄心３１の間に復帰ばね３８を配置し、固定鉄心３５を有底筒部７の内周面と可動鉄心３１との径方向の間に配置すると共に、貫通孔４４の縁部に固定鉄心３５を固着する。

このリレー装置１では、コイル３９の励磁に伴い可動鉄心３１が固定鉄心３５から離れる向きに移動するため、コイル３９が励磁すると、可動接点１４が固定接点１２から離脱し、励磁が切れると、可動接点１４が固定接点１２に当接する。

なお、本リレー装置１は、車載のリレー装置に限らないのはもちろん、直流高電圧用のリレー装置に限らない。

（第２実施形態）
第２実施形態のリレー装置１は、図１に示した第１実施形態と異なり、固定鉄心３５と可動鉄心３１とを軸方向Ａｘにおいて並べて有底筒部７に配置している。なお、前述の第１実施形態と略同様の構成の重複する説明は省略し、略同様或いは略均等な構成に同一の符号を付している。

本リレー装置１は、図２に示すように、固定鉄心３５と可動鉄心３１とを有底筒部７内に収容し、コイル３９及びコイルボビン４０と、継鉄４１の周壁部４２及び下板４５とを接点チャンバ２外に配置している。

固定鉄心３５は、可動鉄心３１の外径と略同寸の外径を有した円筒状で、可動鉄心３１と上板４３との軸方向Ａｘにおける間に位置され、上端部３６が上板４３に固定されると共に、円筒の内周側の空間に可動軸２３が挿通されている。復帰ばね３８は固定鉄心３５の下端部３７と可動鉄心３１の凹部３４の底部との軸方向Ａｘにおける間に配置され、復帰ばね３８は可動鉄心３１を固定鉄心３５から離す向きに弾性付勢している。そのため、可動鉄心３１は固定鉄心３５に近接離間する向きで軸方向Ａｘにおいて移動する。

可動軸２３は円板状の抜け止め部材２８が第１端部２４に一体で設けられ、可動軸２３の周面には可動接触子ホルダー１６が固着されている。そして、可動接触子１３と接触子ホルダー１６の間には接圧ばね２２が圧縮懸架されている。そのため、可動接触子１３は接圧ばね２２で固定端子１１側に弾性付勢されると共に、抜け止め部材２８で抜け止めされている。

また、図２に示す状態は、コイル３９が励磁した状態となっており、コイル３９の励磁前の状態は、可動鉄心３１が固定鉄心３５から離れており、可動接点１４と固定接点１２とが接点ギャップ分離れて位置し、接点部１０が遮断状態となっている。当該状態からコイル３９が励磁すると、図２に示すように、可動鉄心３１が固定鉄心３５に吸引され、可動接点１４が固定接点１２に当接され、導通状態に切り替わる。そして、コイル３９の励磁が切れると、復帰ばね３８の付勢によって可動鉄心３１が固定鉄心３５から離れ、可動接点１４が固定接点１２から離脱し、接点部１０が遮断状態に切り替わる。

このように、固定鉄心３５と可動鉄心３１とを軸方向Ａｘに並べたことで、可動軸２３の径方向における電磁石部３０の外寸を小さくし易くすることができる。そして、コイル３９とコイルボビン４０を接点チャンバ２外に配置したため、コイル３９やコイルボビン４０の脱ガス時に、接点チャンバ２内が汚染され難く、接点の接触信頼性の低下を軽減し易くなっている。

なお、本リレー装置１は、車載のリレー装置に限らないのはもちろん、直流高電圧用のリレー装置に限らない。

１ リレー装置
２ 接点チャンバ
８ 絶縁ケース
１２ 固定接点
１４ 可動接点
１５ 可動部
２３ 可動軸
２４ 第１端部
２５ 第２端部
３０ 電磁石部
３１ 可動鉄心
３５ 固定鉄心
３９ コイル
４１ 継鉄
４２ 周壁部
４３ 上板
Ａｘ 軸方向

Claims (7)

1. 外部から隔離された空間を内部に形成する接点チャンバと、コイルと、継鉄とを備えたリレー装置において、
   前記接点チャンバの外側に、前記継鉄の少なくとも一部と、前記コイルとを配置したことを特徴とするリレー装置。
2. 前記接点チャンバと、前記接点チャンバに固定された固定接点と、前記固定接点に対して移動し接離する可動接点と、前記可動接点を前記固定接点に対して接離させる可動部と、前記コイル及び前記継鉄を有し前記可動部を駆動させる電磁石部とを備え、
   前記可動部が、前記電磁石部に駆動されて軸方向に移動する可動軸を備え、
   前記電磁石部は、前記可動軸が接続され前記可動軸を前記軸方向に駆動させる可動鉄心を更に有し、
   前記コイルが前記可動鉄心より外周側に配置され前記可動軸の周方向において巻回されて形成され、
   前記継鉄が前記コイルの少なくとも外周を覆い、
   前記接点チャンバの内側に、前記固定接点と、前記可動接点と、前記可動部と、前記可動鉄心とを配置したことを特徴とする請求項１に記載のリレー装置。
3. 前記可動軸の軸方向における一方の端部側に前記可動接点及び前記固定接点が位置し、他方の端部側に前記電磁石部が位置し、
   前記継鉄が、前記コイルの外周を覆う周壁部と、前記コイルの前記軸方向における前記可動接点側の一端を覆う板状の上板とを備え、
   前記上板を前記接点チャンバの内側に配置し、
   前記周壁部を前記接点チャンバの外側に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のリレー装置。
4. 前記電磁石部が、前記コイルの励磁に伴い磁化される固定鉄心を更に備え、
   前記固定鉄心を前記接点チャンバの外側に配置し、前記継鉄に固定したことを特徴とする請求項１乃至３に記載のリレー装置。
5. 前記接点チャンバの内側の空気を排出した後、前記接点チャンバの内側に消弧性ガスを充填したことを特徴とする請求項１乃至４に記載のリレー装置。
6. 前記接点チャンバが、前記固定接点を固定した絶縁ケースを有し、
   前記絶縁ケースをセラミックスにより形成したことを特徴とする請求項１乃至５に記載のリレー装置。
7. 前記接点チャンバが、前記固定接点を固定した絶縁ケースを有し、
   前記絶縁ケースを成形樹脂により形成したことを特徴とする請求項１乃至５に記載のリレー装置。

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