JP2012199136A

JP2012199136A - リレー装置

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Publication number: JP2012199136A
Application number: JP2011063256A
Authority: JP
Inventors: Hirosuke Moriguchi; 裕亮森口
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: JP5853223B2

Abstract

【課題】電磁反発力により接点と可動子とが互いに離れてしまうことを抑制して、安定した通電を行うことができるリレー装置を提案すること。
【解決手段】本発明のリレー装置１は、接点５を有する２つの固定端子４，４と、２つの接触部７，７を有し接点５，５と接触部７，７とが互いに接触する閉位置と互いに離れる開位置との間で直線移動可能な可動子６とを備える。可動子６は、閉位置にあるときに２つの接点５，５間に通電路３を形成する導通部８を有し、導通部８は、可動子６の移動方向に直交する平面内において２つの接触部７，７間を結ぶ直線Ｓ１上を通らずに通電路３を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気回路の接点の開閉を行うリレー装置に関する。

従来から、例えば特許文献１に示すようなリレー装置が提案されており、このリレー装置は、固定接点を設けた２つの固定端子と、２つの可動接点を設けた可動接触子と、可動接触子を可動させる駆動部とを備える。

このリレー装置では、駆動部によって可動接触子が可動されることで、可動接点が固定接点に当接する。

特開平１０−１６２６７６号公報

上述したようなリレー装置では、当接した状態の可動接触子と２つの固定端子とに大電流が流れた場合に、この大電流によって可動接触子と２つの固定端子との間に電磁反発力が生じて、可動接点と固定接点とが離れてしまうおそれがある。このように可動接触子が可動接点と固定接点とを当接させる位置にあるにもかかわらず、可動接点と固定接点とが離れてしまっては、安定した通電を行うことが難しい。

そこで、上記事情を鑑みて、本発明は、電磁反発力により接点と可動子とが互いに離れてしまうことを抑制して、安定した通電を行うことができるリレー装置を提案することを課題とする。

上記課題を解決するための本発明のリレー装置は、接点を有する２つの固定端子と、２つの接触部を有し前記接点と前記接触部とが互いに接触する閉位置と互いに離れる開位置との間で直線移動可能な可動子とを備え、前記可動子は、前記閉位置にあるときに前記２つの前記接点間に通電路を形成する導通部を有し、前記導通部は、前記可動子の移動方向に直交する平面内において前記２つの前記接触部間を結ぶ直線上を通らずに前記通電路を形成することを特徴とする。

また、前記導通部は、前記２つの前記接触部のうち一方の前記接触部から前記平面内において前記直線と交差する一方向に延びた第一導通片と、他方の前記接触部から前記一方向に延びた第二導通片と、前記第一導通片と前記第二導通片との間を前記直線に沿って連結する連結片とを有することが好ましい。

あるいは、前記導通部は、前記平面内において前記直線から離れる向きに凸となるように湾曲していることが好ましい。

本発明のリレー装置は、電磁反発力により接点と可動子とが互いに離れてしまうことを抑制して、安定した通電を行うことができる。

本発明の第一実施形態のリレー装置を示し、（ａ）は可動子の平面図であり、（ｂ）は固定端子と可動子とを流れる電流とその電流により形成される磁界について説明するための斜視図である。同上のリレー装置全体を示す正面断面図である。本発明の第二実施形態のリレー装置を示し、（ａ）は可動子の平面図であり、（ｂ）は固定端子と可動子とを流れる電流とその電流により形成される磁界について説明するための斜視図である。比較例のリレー装置を示し、（ａ）は可動子の平面図であり、（ｂ）は固定端子と可動子とを流れる電流とその電流により形成される磁界について説明するための斜視図である。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。本発明の実施形態のリレー装置は、例えば、ＥＶ（電気自動車）のバッテリーの電流をモータ等に送るための、電気回路の接点の開閉に用いられる。なお、ＥＶに限らず、他の装置に用いてもよい。

本実施形態のリレー装置１の基本的な構成について、図２を参照して、まず説明する。リレー装置１は、接点５を有する２つの固定端子４，４と２つの接触部７，７を有する可動子６とを有する接点部２と、接点５，５と接触部７，７とを接離させる方向に可動子６を移動させる駆動部１４と、接点部２を収納する接点容器３７とを備える。以下、リレー装置１について、図２の上下左右を上下左右とし、図２の図面に直交する方向のうち手前側を前方とし、奥側を後方として説明する。なお、この各方向の設定は、説明の便宜を図るものであって、リレー装置１の配置する向きを限定するものではない。

接点容器３７は、接点部２を囲むケース１０と、金属部とからなる。ケース１０は、絶縁材料で形成されており、下方に開口した箱状をなす。金属部は、金属材料で形成されており、後述するヨーク４０の上端部と、固定鉄心２３の上端部と、ケース１０とヨーク４０の上端部とを結合する結合部材２９とで構成される。接点部２が収納される接点容器３７の内側の空間Ｓは、本実施形態では気密空間となっている。

ケース１０の上部１１（底部１１）には、２つの固定端子４，４が固定されており、この２つの固定端子４，４の下面には各々接点５，５が設けられている。以下、２つの固定端子４，４のうち左側を第一固定端子４５とし、右側を第二固定端子４６とし、第一固定端子４５の下面の接点５を第一接点５０とし、第二固定端子４６の下面の接点５を第二接点５１とする。そして、駆動部１４には、板状の可動子６が上下動自在に取り付けてあって、この可動子６は上面に２つの接触部７，７を有している。この２つの接触部７，７は、可動子６の上面のうち、２つの接点５，５に各々対向する位置に形成されている。以下、第一接点５０に対向する接触部７を第一接触部７０とし、第二接点５１に対向する接触部７を第二接触部７１とする。

駆動部１４は、接触部７，７と接点５，５とが互いに接触する（第一接触部７０と第一接点５０とが接触し、且つ第二接触部７１と第二接点５１とが接触する）閉位置と、接触部７，７と接点５，５とが所定距離離れる開位置との間で、可動子６を上下に直線移動させる。固定端子４，４は導電性材料で形成されており、接点５，５と接触部７，７とは接点材料で形成されている。２つの接点５，５と２つの接触部７，７とが接触した状態で、２つの固定端子４，４は可動子６を介して電気的に接続された状態となり、このとき本実施形態のリレー装置１は、電気回路の接点を閉じた状態となる。この状態で、図１（ｂ）に示すように、電流Ｉ１〜Ｉ５が第一固定端子４５から可動子６を通って第二固定端子４６へと流れる。

この接点を閉じた通電状態から、接点を開く（つまり２つの接触部７，７を２つの接点５，５から離す）と、一方の接触部７と一方の接点５との間および、他方の接触部７と他方の接点５との間に、各々アークが生じる場合がある。このアークを引き伸ばして消滅させるための構成として、接点容器３７の外側には、アークを接点容器３７の壁１２側に引き伸ばす永久磁石等からなる消孤装置３６が設けられている。詳しくは、ケース１０の、２つの接点５，５が並ぶ方向の外側（ケース１０の左右外側）に各々、消孤装置３６，３６が設けられている。この消孤装置３６，３６が、第一接点５０と第一接触部７０との間に生じたアークをケース１０の左の壁１２側に引き伸ばし、第二接点５１と第二接触部７１との間に生じたアークをケース１０の右の壁１２側に引き伸ばす。また、本実施形態では、アークを効率良く消滅させるために、空間Ｓに、水素を主体とするガスを例えば２気圧程度で注入して、空間Ｓ内の冷却効果を向上させている。

駆動部１４は、ヨーク４０と、コイル２８と、コイルボビン２７と、固定鉄心２３と、可動鉄心２４と、鉄心ケース２２と、復帰バネ２６と、可動軸１５と、接圧バネ９と、接圧バネホルダ１６とを備える。ヨーク４０と固定鉄心２３と可動鉄心２４とは磁性体の金属材料で形成され、鉄心ケース２２と可動軸１５とは非磁性体で形成されている。接圧バネホルダ１６は、絶縁材料の非磁性体で形成されている。

鉄心ケース２２は、有底筒状であり、鉄心ケース２２の内側下部には可動鉄心２４が上下動自在に配置され、鉄心ケース２２の内側上部には固定鉄心２３が固定されている。この固定鉄心２３及び可動鉄心２４には、可動軸１５が上下方向に貫通している。可動軸１５の上端には、接圧バネホルダ１６が固定されている。

接圧バネホルダ１６は、可動子６と接圧バネ９とを内側に保持するホルダであって、本実施形態では、天板と底板と連結板の３枚の平板を結合させてなり、前方向と左右方向とが開口する箱状に形成されている。この底板に可動軸１５の上端が固定されている。そして、接圧バネホルダ１６の天板と底板との間には、可動子６と接圧バネ９とがこの順番で上から順に配置されており、可動子６の左右方向中央部の上面が、接圧バネ９によって、接圧バネホルダ１６の天板の下面に押し付けられている。駆動部１４によって可動子６が閉位置まで移動されたとき、接圧バネ９は上下方向に縮んで、各接触部７，７を各接点５，５に押し付け、接圧を確保する。なお、接圧バネホルダ１６の形状は上述した形状に限定されず、例えば左右方向のみ開口する角形の筒状であってもよい。

可動軸１５は、可動鉄心２４に固定されていて、可動鉄心２４の上下移動に伴って上下に移動する。コイルボビン２７は円筒状に形成されていて、その内側に鉄心ケース２２が挿入されている。コイル２８は、コイルボビン２７に巻きつけられている。固定鉄心２３の下端部と可動鉄心２４の上端部との間には、復帰バネ２６が配置されていて、固定鉄心２３と可動鉄心２４とを互いに離れる向きに付勢する。

本実施形態では、接点部２を閉じる際には、コイル２８に電流を流すことで、固定鉄心２３と可動鉄心２４とが磁化され、固定鉄心２３に可動鉄心２４が吸着する。このとき、可動子６が開位置から閉位置へと移動して、接触部７，７と接点５，５とが接触する。また、接点部２を開く際には、コイル２８への電流供給を停止すると、復帰バネ２６の付勢力によって、固定鉄心２３から可動鉄心２４が離れる。このとき、可動子６が閉位置から開位置へと移動して、接触部７，７と接点５，５とが離れる。なお、駆動部１４は、接点５，５と接触部７，７とを接離可能に可動子６を移動させることができればよく、上述の構成に限定されない。

空間Ｓには、さらに、接点部２と金属部（ヨーク４０の上端部及び固定鉄心２３の上端部）との間の放電経路を遮断するように接点部２とこの金属部との間に板状の絶縁板２０が設けられている。絶縁板２０によって、接点部２に生じたアークがこの金属部に接触し難くなっている。

続いて、本実施形態のリレー装置１の接点部２の構成についてさらに詳しく説明する。

図１（ｂ）に示すように、第一固定端子４５及び第二固定端子４６は、上下方向に延びた円柱状に形成されている。そして、可動子６は、図１（ａ）に示すように、矩形平板状に形成され、閉位置にあるときに２つの接点５，５（接触部７，７）間に通電路３を形成する導通部８を有する。ここでいう通電路３は、２つの接点５，５間に流れる電流を通す経路である。この導通部８は、可動子６の移動方向（上下方向）に直交する平面内において２つの接触部７，７間を結ぶ直線Ｓ１上を通らずに通電路３を形成する。

本実施形態では、導通部８は、可動子６の一部を構成する。つまり、可動子６は、導通部８と、２つの接触部７，７間を結ぶ直線Ｓ１上に位置する絶縁材料で形成された非導通部６１とから構成されている。なお、図１（ｂ）では非導通部６１の図示を省略している。

導通部８は、第一導通片８０と、第二導通片８１と、第一導通片８０と第二導通片８１との間を連結する連結片８２とで略Ｕ字状に形成される。第一導通片８０は、第一接触部７０から上述の平面内において直線Ｓ１と交差する一方向（前方向）に延びている。第二導通片８１は、第二接触部７１から上述の平面内において直線Ｓ１と交差する一方向（前方向）に延びている。連結片８２は、第一導通片８０の前端部と第二導通片８１の前端部との間を直線Ｓ１に対して平行に連結している。

非導通部６１は、第一導通片８０と第二導通片８１と連結片８２とで囲まれた部分であり、接圧バネホルダ１６に保持されている。なお、非導通部６１は、導通部８と電気的に絶縁されていればよく、例えば導通部８との結合部分のみが絶縁材料で形成され、残りの部分が導電性材料で形成されていてもよい。

ところで、図４（ａ）に比較例として例示するような、一般的なリレー装置の可動子６では、全体が導電性材料で形成されており、可動子６の導通部８は、２つの接触部７，７間を結ぶ直線Ｓ１上に通電路を形成している。そのため、比較例のリレー装置では、可動子６が閉位置にある状態で大電流（短絡等によって生じる例えば５，０００Ａ〜１０，０００Ａの電流）が流れた場合に、接点５，５と接触部７，７との間に互いに離れる向きに電磁反発力が生じることがある。この電磁反発力が、可動子６が閉位置にある状態の接圧バネのばね力よりも大きいと、接点５，５と接触部７，７とが互いに離れてしまう。

この比較例のリレー装置においては以下にようにして電磁反発力が発生しうる。

図４（ｂ）に示すように、可動子６が閉位置にある状態（２つの接触部７，７と２つの接点５，５とが接触した状態）で、第一固定端子４５では下方に向かって電流Ｉ１が流れ、可動子６（導通部８）では右向きに電流Ｉ２が流れ、第二固定端子４６では上方に向かって電流Ｉ３が流れる。すると、第一固定端子４５及び可動子６及び第二固定端子４６周り各々には、電流Ｉ１〜Ｉ３が流れる向きを右ねじの進む向きとした場合に、右ねじのまわる向きと同じ向きの磁界Ｈ１〜Ｈ３が発生する。なお、電流の大きさはＩ１＝Ｉ２＝Ｉ３である。

このとき、第一固定端子４５と可動子６とで形成される角部分Ｃ１の内側（第一固定端子４５の右側で可動子６の上側の部分）では、第一固定端子４５の磁界Ｈ１と可動子６の磁界Ｈ２とが同じ向きを向いているため、磁界の強さが角部分Ｃ１の外側と比べて強くなる。同様に、可動子６と第二固定端子４６とで形成される角部分Ｃ２の内側（第二固定端子４６の左側で可動子６の上側の部分）でも、磁界の強さが角部分Ｃ２の外側と比べて強くなる。

ここで、この両角部分Ｃ１，Ｃ２の内側の磁界の向きは共に同じ向き（前向き）であるので、可動子６は、全体として、前向きの磁界を受けることになる。可動子６には、右向きの電流が流れているので、この磁界と電流との関係で、可動子６には両固定端子４５，４６から離れる向き（下向き）に力（電磁反発力）が作用する。

それに対して、上述した本実施形態のリレー装置１では、図１（ｂ）に示すように、可動子６が閉位置にある状態で、第一固定端子４５では下方に向かって電流Ｉ１が流れ、導通部８のうち第一導通片８０では前向きに電流Ｉ２が流れる。そして、連結片８２では右向きに電流Ｉ３が流れ、第二導通片８１では後向きに電流Ｉ４が流れ、第二固定端子４６では上方に向かって電流Ｉ５が流れる。なお、電流の大きさはＩ１＝Ｉ２＝Ｉ３＝Ｉ４＝Ｉ５である。すると、第一固定端子４５及び可動子６の導通部８及び第二固定端子４６周り各々には、電流Ｉ１〜Ｉ５が流れる向きを右ねじの進む向きとした場合に、右ねじのまわる向きと同じ向きの磁界Ｈ１〜Ｈ５が発生する。

このとき、第一固定端子４５と第一導通片８０とで形成される角部分Ｃ３の内側（第一固定端子４５の前側で第一導通片８０の上側の部分）では、第一固定端子４５の磁界Ｈ１と第一導通片８０の磁界Ｈ２とが同じ向きを向いている。そのため、この角部分Ｃ３の内側では、磁界の強さが角部分Ｃ３の外側と比べて強くなる。また、第二導通片８１と第二固定端子４６とで形成される角部分Ｃ４の内側（第二固定端子４６の前側で第二導通片８１の上側の部分）では、第二固定端子４６の磁界Ｈ５と第二導通片８１の磁界Ｈ４とが同じ向きを向いている。そのため、この角部分Ｃ４の内側では、磁界の強さが角部分Ｃ４の外側と比べて強くなる。

ここで、角部分Ｃ３の内側の磁界と、角部分Ｃ４の内側の磁界とは互いに逆向き（左向きと右向き）であるため、可動子６全体としては相殺される。したがって、本実施形態のリレー装置１では、可動子６が電磁反発力に寄与する特定の向きの磁界を受けにくくなり、可動子６に両固定端子４５，４６から離れる向きの電磁反発力が作用することを抑制できる。よって、本実施形態のリレー装置１では、電磁反発力により２つの接点５，５と２つの接触部７，７とが互いに離れてしまうことを抑制して、安定した通電を行うことができる。

続いて、本発明の第二実施形態のリレー装置１について説明する。本実施形態のリレー装置１は、第一実施形態のリレー装置１とは、可動子６の構成が異なる。

可動子６は、図３（ａ）に示すように、移動方向（上下方向）に直交する平面内において、２つの接触部７，７間を結ぶ直線Ｓ１から離れる向きに凸となるように湾曲している弧状の導通部８を備える。導通部８は導電性材料で形成される。

本実施形態では、可動子６は、平面視半円の平板状であり、導通部８と非導通部６１とから構成されている。非導通部６１は、弧状の導通部８で囲まれる部分であり、接圧バネホルダ１６に保持されている。なお、図３（ｂ）では非導通部６１の図示を省略している。非導通部６１は、導通部８と電気的に絶縁されていればよく、例えば導通部８との結合部分のみが絶縁材料で形成され、残りの部分が導電性材料で形成されていてもよい。

本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、可動子６が閉位置にある状態で、第一固定端子４５では下方に向かって電流Ｉ１が流れ、導通部８では弧を描いて右向きに電流Ｉ２が流れ、第二固定端子４６では上方に向かって電流Ｉ３が流れる。すると、第一固定端子４５及び可動子６の導通部８及び第二固定端子４６周りには各々、磁界Ｈ１〜Ｈ３が発生する。なお、電流の大きさはＩ１＝Ｉ２＝Ｉ３である。

このとき、第一固定端子４５と導通部８とで形成される角部分Ｃ５の内側（第一固定端子４５の右前側で導通部８の上側の部分）では、磁界の強さが角部分Ｃ５の外側と比べて強くなる。また、導通部８と第二固定端子４６とで形成される角部分Ｃ６の内側（第二固定端子４６の左前側で導通部８の上側の部分）では、磁界の強さが角部分Ｃ６の外側と比べて強くなる。

ここで、角部分Ｃ５の内側の磁界と、角部分Ｃ６の内側の磁界とは互いに逆向きであるため、可動子６全体としては相殺される。したがって、本実施形態のリレー装置１では、可動子６が電磁反発力に寄与する特定の向きの磁界を受けにくくなり、可動子６に両固定端子４５，４６から離れる向きの電磁反発力が作用することを抑制できる。よって、本実施形態のリレー装置１では、この電磁反発力により２つの接点５，５と２つの接触部７，７とが互いに離れてしまうことを抑制して、安定した通電を行うことができる。

また、本実施形態のリレー装置１では、上述した形状の導通部８を可動子６が備えるようにしたことで、図１（ａ）に示す可動子６と比べて、コーナー部分がないため、可動子６をコンパクトに形成できてスペース効率が向上する。

なお、上述した第一及び第二実施形態の可動子６は、配置される空間Ｓに合わせて、前後を逆にして形成してもよい。つまり、図１（ａ）に示す可動子６を、導通部８が前向きに開口する略Ｕ字状となるように形成したり、図３（ａ）に示す可動子６を、導通部８が後向きに凸となる弧状となるように形成してもよい。また、可動子６は、導通部８が、可動子６の移動方向（上下方向）に直交する平面内において２つの接触部７，７間を結ぶ直線Ｓ１上を通らずに通電路３を形成すればよく、可動子６及び導通部８の形状は、上述した形状に限定されない。

以上まとめると、本発明の第一及び第二実施形態のリレー装置１は、接点５を有する２つの固定端子４，４と、２つの接触部７，７を有し接点５，５と接触部７，７とが互いに接触する閉位置と互いに離れる開位置との間で直線移動可能な可動子６とを備える。可動子６は、閉位置にあるときに２つの接点５，５間に通電路３を形成する導通部８を有し、導通部８は、可動子６の移動方向に直交する平面内において２つの接触部７，７間を結ぶ直線Ｓ１上を通らずに通電路３を形成する。

このような構成とすることで、本発明の第一及び第二実施形態のリレー装置１では、可動子６が閉位置にあるときに２つの固定端子４，４と可動子６の導通部８とが通電状態となる。ここで、この導通部８は、可動子６の移動方向に直交する平面内において２つの接触部７，７間を結ぶ直線Ｓ１上を通らずに通電路３を形成する。そのため、各固定端子４，４を流れる電流によって生じる磁界と可動子６の導通部８を流れる電流によって生じる磁界とが重なっても、可動子６が電磁反発力に寄与する特定の向きの磁界を受けにくくなる。よって、可動子６に固定端子４，４から離れる側の電磁反発力が作用することを抑制できる。以上から、本発明の第一及び第二実施形態のリレー装置１では、電磁反発力により接点５，５と可動子６（接触部７，７）とが互いに離れてしまうことを抑制して、安定した通電を行うことができる。しかも、この構成は、可動子６の形状を変更するだけで実現できるから、部品点数の増加に伴うコストアップを回避できる。

また、本発明の第一実施形態のリレー装置１では、導通部８は、第一導通片８０と、第二導通片８１と、第一導通片８０と第二導通片８１との間を連結する連結片８２とを有する。第一導通片８０は、２つの接触部７，７のうち一方の接触部７から平面内において直線Ｓ１と交差する一方向に延びている。第二導通片８１は、他方の接触部７から前記一方向に延びている。連結片８２は、第一導通片８０と第二導通片８１との間を直線Ｓ１に沿って連結している。

このような構成とすることで、本発明の第一実施形態のリレー装置１では、可動子６は曲線部分を含まない。したがって、可動子６が抜き打ち加工等によって製造される場合、材料の無駄を最小限に抑えることができる。

また、本発明の第二実施形態のリレー装置１では、導通部８は、平面内において直線Ｓ１から離れる向きに凸となるように湾曲している。

このような構成とすることで、本発明の第二実施形態のリレー装置１では、可動子６をコンパクトに形成できてスペース効率が向上する。

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の意図する範囲内であれば、適宜の設計変更が可能である。

１リレー装置
３通電路
４固定端子
５接点
６可動子
７接触部
８導通部
８０第一導通片
８１第二導通片
８２連結片
Ｓ１直線

Claims

接点を有する２つの固定端子と、２つの接触部を有し前記接点と前記接触部とが互いに接触する閉位置と互いに離れる開位置との間で直線移動可能な可動子とを備え、前記可動子は、前記閉位置にあるときに前記２つの前記接点間に通電路を形成する導通部を有し、前記導通部は、前記可動子の移動方向に直交する平面内において前記２つの前記接触部間を結ぶ直線上を通らずに前記通電路を形成することを特徴とするリレー装置。
前記導通部は、前記２つの前記接触部のうち一方の前記接触部から前記平面内において前記直線と交差する一方向に延びた第一導通片と、他方の前記接触部から前記一方向に延びた第二導通片と、前記第一導通片と前記第二導通片との間を前記直線に沿って連結する連結片とを有することを特徴とする請求項１に記載のリレー装置。
前記導通部は、前記平面内において前記直線から離れる向きに凸となるように湾曲していることを特徴とする請求項１に記載のリレー装置。