JP2012248509A

JP2012248509A - リレーの放熱構造

Info

Publication number: JP2012248509A
Application number: JP2011121597A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Habu; 雅和土生
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-12-13

Abstract

【課題】リレーの放熱構造において、コストの過度な上昇を招くことなく、放熱性を高めて、リレーの冷却効率を向上させることである。
【解決手段】リレー放熱構造は、リレー１０と、電池収容部材である電池パック１２を構成する底部金属板１６とを含む。電池パック１２は、電池ブロック及びリレー１０を収容する。リレー１０は、鉄部材であるヨーク５０と、ヨーク５０の内側に樹脂材６４を介して接触するように設けられたコイル４８とを有するコイルブロック５２を含む。ヨーク５０は、底部金属板１６と直接に、または金属ブラケット６６を介して接触させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、固定接点と可動接点とを含む接点部と、電磁力により可動接点を駆動する電磁石装置とを備えるリレーの放熱構造に関する。

従来から、固定接点と可動接点とを含む接点部と、電磁力により可動接点を駆動する電磁石装置とを備えるリレーが知られている。このようなリレーは、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両を構成し、走行用モータ等の負荷に電力を供給する電源回路において、電源と負荷との接続状態を切り換えるシステムメインリレー（ＳＭＲ）として使用される。

例えば、特許文献１には、接点部と、電磁石装置とを樹脂製のケースに収容することにより構成されるリレーが記載されている。また、電磁石装置は、コイルと、コイルが巻回されるボビンと、磁性金属材料からなりボビンを包囲する継鉄と、ボビンの内側に配置される固定鉄心とを含む固定部材と、固定部材に突き合わされて配置される可動部材とを含む。可動部材は、ボビンの内側に固定鉄心と上下に並んで配置される可動鉄心を含む。コイルと継鉄との間に伝熱部材が設けられている。伝熱部材は、ゴム弾性を有する材料から形成され、コイルを左右方向の両側から挟むように一対設けられている。コイルで発生した熱が伝熱部材を介して継鉄に伝導されやすくなるとされている。

また、ケースの内周面に伝熱部材をコイルに押し付ける押圧部を設けることにより、押圧部によって伝熱部材がコイルに密着するようにしてもよいとされている。

特開２００７−２９４２６３号公報

特許文献１に記載の構成では、使用時にコイルで発生する熱を、伝熱部材を介してケースへ放熱できる可能性はあるが、ケースは樹脂製であり、しかも、電磁開閉装置を構成する接点部と、電磁石装置とを収容するものであり、表面積が小さい。このため、リレーの放熱性を高めて冷却効率を向上させる面から改良の余地がある。

また、リレーの放熱構造として、コイルの端子である高電圧端子に絶縁体を密着させ、その絶縁体をコイルを収容する金属ケースに密着させることによりコイルで発生する熱を放熱させることも考えられる。ただし、絶縁体と金属ケースとの密着が弱いと放熱性が低下するため、密着させるための追加構造が必要になる。また、金属ケースの放熱面積を高くすることは考慮されておらず、リレーの放熱性を高めて冷却効率を向上させる面から改良の余地がある。また、リレーの放熱専用の部材を多く設けることはコストの過度な上昇を招く可能性がある。

本発明の目的は、リレーの放熱構造において、コストの過度な上昇を招くことなく、放熱性を高めて、リレーの冷却効率を向上させることである。

本発明に係るリレーの放熱構造は、固定接点と可動接点とを含む接点部と、電磁力により可動接点を駆動する電磁石装置とを備えるリレーの放熱構造であって、電磁石装置は、鉄部材と、鉄部材の内側に伝熱部材を介して接触するように設けられたコイルとを有するコイルブロックと、コイルの内側に設けられ、可動接点が結合された可動鉄心とを含み、さらに、電池収容用金属板により構成され、電池及びリレーを収容する電池収容部材を備え、鉄部材は、電池収容用金属板と直接に、または別の伝熱部材を介して接触していることを特徴とするリレーの放熱構造である。

本発明に係るリレーの放熱構造によれば、コイルは伝熱部材を介して電磁石装置を構成する鉄部材と接触し、鉄部材は、電池収容部材を構成する電池収容用金属板と直接に、または別の伝熱部材を介して接触しているので、表面積が大きい電池収容金属板にコイルで発生した熱を放熱することができて、リレーの放熱性を高めて冷却効率を向上させることができる。また、電池収容用金属板をリレーの固定部材として使用でき、リレーの固定と放熱との両方の機能を持たせることができ、多くの放熱専用の部材を設けずに済む。したがって、コストの過度な上昇を招くことなく、リレーの放熱性を高めて冷却効率を向上させることができる。また、電池収容部材内の電池を冷却する温調装置を設けた場合に、電池収容用金属板が冷却されるので、電池とともにリレーを冷却でき、リレーの冷却専用の冷却装置を設けることなく、リレーの冷却効率をより向上させることができる。

また、本発明に係るリレーの放熱構造において、好ましくは、コイルのグランド側端子は、鉄部材または鉄部材に固定された金属製ブラケットに電気的に接続され、アースされている。

上記構成によれば、コイルのアース側、すなわちグランド側に設けられる電力線を削減またはなくすことができる。

また、本発明に係るリレーの放熱構造において、好ましくは、コイルのグランド側端子は、鉄部材または金属製ブラケットを介して鉄部材または金属製ブラケットが結合された電池収容用金属板にアースされている。

また、本発明に係るリレーの放熱構造において、好ましくは、リレーは、電池収容部材の内部の下部に、底部を構成する電池収容用金属板の上側に配置され、さらに、電池収容部材の内部に冷却風を送風する送風ファンを備える。

また、本発明に係るリレーの放熱構造において、好ましくは、伝熱部材は、鉄部材の内側でコイルの周囲に埋め込まれた樹脂材である。

本発明に係るリレーの放熱構造によれば、コストの過度な上昇を招くことなく、リレーの放熱性を高めて冷却効率を向上させることができる。

本発明に係る実施の形態の１例のリレー放熱構造を含む、電池リレー冷却システムを示す概略断面図である。図１のＡ部を部分的に切断して示す拡大図である。図２において、コイルのグランド側端子を金属ブラケットに接続している様子を、一部を省略して示す図である。

以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態を説明する。図１〜３は、本発明の実施の形態の１例を示している。図１に示すように、本実施形態のリレー放熱構造は、リレー１０と、電池収容部材である電池パック１２を構成する、複数の電池収容用金属板１４の一部である底部金属板１６とを備える。まず、電池パック１２を説明する。電池パック１２は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両を構成し、走行用モータ等の負荷に電力を供給する電源回路に設けられる電源でありバッテリである複数の電池ブロック１８を収容する。電池パック１２は、底部を構成する底部金属板１６を含む複数の電池収容用金属板１４により略箱形に形成されている。このような電池パック１２は、例えば電動車両を構成するフロアパネル等の車体２０の後部上に載置され、金属製のブラケット２２やボルト２４等の締結部材により車体に結合固定されている。この場合、ボルト２４は、アースボルトの機能を有し、底部金属板１６は、車体２０にアースされている。電池パック１２の内部には、複数の電池セルが積層されることで形成されたバッテリである電池ブロック１８が、複数個並べて配置されている。複数の電池ブロック１８間には隙間２６が設けられている。電池ブロック１８は、例えばニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池である。複数の電池ブロック１８は、例えば電気的に直列接続または並列接続されている。

また、電池ブロック１８を冷却するために温調装置２８が設けられている。温調装置２８は、電池パック１２に接続された吸気ダクト３０及び排気ダクト３２と、吸気ダクト３０または排気ダクト３２内に設けられた送風ファン３４と、ダクト３０（または３２）または電池パック１２内に設けられた温度センサ（図示せず）と、温度センサの検出温度が予め設定された所定温度以上である場合に送風ファン３４を駆動する制御部（図示せず）とを含む。送風ファン３４は、電源である電池ブロック１８に接続され、制御部により駆動が制御される。吸気ダクト３０の上流端は、車室内の後部に接続されている。また、排気ダクト３２の下流端は、車室内に接続されるか、車外に開放されている。

このような温調装置２８は、送風ファン３４が駆動されることで、車室内からの空気を電池パック１２内に取り込んで、内部で図１の矢印で示すように、上部から下部に流す。図示の例では、電池パック１２の上面に下側に突出する遮蔽板３６が設けられており、遮蔽板３６で送風ファン３４により電池パック１２内に送られた気流を折り返すようにしている。電池パック１２の下部に送られた気流は、複数の電池ブロック１８の下部と、下側の底部金属板１６との間に形成された隙間を通じて、吸気ダクト３０と同じ側に設けられた排気ダクト３２側（図１の左側）に送られ、排気ダクト３２を通じて電池パック１２内から排出される。これにより複数の電池ブロック１８を冷却することができる。

また、温調装置２８は、例えば車室内空調装置（図示せず）と連動させることもでき、車室内空調装置により低温の冷却風が車室内に送られているときに送風ファン３４を駆動させることで、低温の冷却風を電池パック１２内に取り入れて、より有効に複数の電池ブロック１８を冷却することもできる。

また、電池パック１２内には電池ブロック１８とともにリレー１０も収容されている。リレー１０は底部金属板１６上に配置され、底部金属板１６に結合固定されている。次に、図２、図３を用いてリレー１０を詳しく説明する。図２に示すように、リレー１０は、２つの固定接点３８（図２では片側の固定接点３８のみを図示している。）と可動接点４０とを含む接点部４２と、電磁力により可動接点４０を駆動する電磁石装置４４とを含む。リレー１０は、例えば電動車両の駆動源として使用される走行用モータ等の負荷に電力を供給する電源回路において、電源である電池ブロック１８（図１）と負荷との接続状態を切り換えるシステムメインリレー（ＳＭＲ）として使用される。

電磁石装置４４は、樹脂製のボビン４６に巻装された励磁用のコイル４８と、鉄製の鉄部材であるヨーク５０とを有するコイルブロック５２と、コイル４８の内側に設けられ、可動接点４０が結合された可動鉄心５４と、コイル４８により生じる磁束が通過する磁気回路を形成する固定鉄心５６とを含む。可動鉄心５４は、固定鉄心５６の下側に配置され、固定鉄心５６に対する上下方向の遠近動が可能である。コイル４８に通電されることで、固定鉄心５６に可動鉄心５４が近づき、可動鉄心５４に結合されたシャフト５８が上側に変位する。可動接点４０は、シャフト５８の上部に結合されている。すなわち、シャフト５８の上端に設けられた抜け止め部により可動接点４０の上側への抜け防止が図られ、可動接点４０とシャフト５８の上部に固定された抑え部材６０との間にバネ６２が設けられ、可動接点４０に上側にバネ力を付与している。このため、シャフト５８が上下方向に移動することに伴って、可動接点４０も上下方向に移動する。

また、ヨーク５０は、略円筒状で、コイル４８の周囲に設けられており、コイル４８により生じる磁束が通過する磁気回路を、固定鉄心５６及び可動鉄心５４とともに形成する。また、ヨーク５０の内側でコイル４８を収容する空間に伝熱部材である樹脂材６４が、コイル４８の周囲に埋め込むように設けられている。このため、コイル４８は、ヨーク５０の内側に樹脂材６４を介して接触するように設けられ、コイル４８で発生した熱は、樹脂材６４を介してヨーク５０に伝達可能とされている。

また、ヨーク５０の下部で直径方向反対側２個所位置等、周方向複数個所に鉄等の金属製の金属ブラケット６６がボルト６８及びナット７０を含む結合手段により結合固定されている。金属ブラケット６６は、ヨーク５０に接触する上下方向のヨーク取り付け部７２と、ヨーク取り付け部７２の下部に連結され、水平方向に伸びる下側取り付け部７４とを含み、下側取り付け部７４が下側の底部金属板１６にボルト６８及びナット７０により結合固定されている。このため、下側取り付け部７４にボルト６８を上下方向に貫通させる孔部（図示せず）が設けられている。この場合、金属ブラケット６６は、磁気回路形成部分であるヨーク５０に接触している。したがって、鉄部材であるヨーク５０は、底部金属板１６に、別の伝熱部材である金属ブラケット６６を介して接触している、すなわち接続されている。このため、コイル４８、樹脂材６４、ヨーク５０、金属ブラケット６６及び底部金属板１６の間に伝熱経路が形成される。また、コイル４８の通電により発生した熱を、金属ブラケット６６を介して、底部金属板１６へ放熱可能としている。

また、コイル４８の一端は、電流入力端子７６に接続されている。電流入力端子７６は、図示しないコネクタが設けられた電力線であるワイヤーハーネスを介してスイッチ（図示せず）に接続され、スイッチは、図示しない補機用の低圧の二次電池に接続されている。スイッチの開閉は、図示しない制御部により制御される。スイッチが閉じられることで二次電池の電力がコイル４８に供給され、コイル４８が通電する。コイル４８の他端であるグランド側端子７８は、ヨーク５０に固定された一部の金属ブラケット６６に電気的に接続され、アースされている。例えば、図３に示すように、コイル４８のグランド側端子７８は、金属ブラケット６６のヨーク取り付け部７２のヨーク５０（図２）側に軸状に突出する突部８０に複数回巻回して溶接したり、はんだ付け等で接続されることで、金属ブラケット６６に電気的に接続されている。また、金属ブラケット６６は、上記のようにボルト６８及びナット７０により、底部金属板１６に結合されている。このため、コイル４８のグランド側端子７８は、金属ブラケット６６を介して金属ブラケット６６が結合された底部金属板１６にアースされている。したがって、金属ブラケット６６固定用のボルト６８はアースボルトとしての機能を有する。

図２に戻って、ヨーク５０が固定される固定部分８２の上部に２つの固定接点３８が互いに離隔して固定されており、可動接点４０の上側に２つの固定接点３８が対向配置されている。また、可動鉄心５４の移動に応じて接点部４２が開閉可能となっている。すなわち、コイル４８に通電され、可動鉄心５４が上側に変位し、可動接点４０が２つの固定接点３８に接触することで接点部４２が閉じられる。

また、コイル４８への通電が停止され、可動鉄心５４と固定鉄心５６との間に設けられたリターンバネ８４のバネ力により、可動鉄心５４が下側に変位して、可動接点４０が２つの固定接点３８から離れることで接点部４２が開放される。

このようなリレー放熱構造によれば、コイル４８は伝熱部材である樹脂材６４を介して電磁石装置４４を構成するヨーク５０と接触し、ヨーク５０は、電池パック１２を構成する底部金属板１６と別の伝熱部材である金属ブラケット６６を介して接触している。このため、表面積が大きい底部金属板１６にコイル４８で発生した熱を放熱することができて、リレー１０の放熱性を高めて冷却効率を向上させることができる。また、底部金属板１６をリレー１０の固定部材として使用でき、リレー１０の固定と放熱との両方の機能を持たせることができ、多くの放熱専用の部材を設けずに済む。したがって、コストの過度な上昇を招くことなく、リレー１０の放熱性を高めて冷却効率を向上させることができる。なお、ヨーク５０は、底部金属板１６に対し、金属ブラケット６６のみを介して接触させる構成に限定せず、ヨーク５０は、底部金属板１６に対し、金属ブラケット６６とともに、別の１つまたは複数の伝熱部材を介して接触させることもできる。

さらに、本実施形態のように電池パック１２内の電池ブロック１８を冷却する温調装置２８を設けた場合に、底部金属板１６が冷却されるので、電池ブロック１８とともにリレー１０を冷却でき、リレー１０の冷却専用の冷却装置を設けることなく、リレー１０の冷却効率をより向上させることができる。

また、コイル４８のグランド側端子７８は、ヨーク５０に固定された金属ブラケット６６に電気的に接続され、アースされているので、コイル４８のアース側、すなわちグランド側に設けられる電力線であるワイヤーハーネスを削減またはなくすことができる。

なお、図示は省略するが、金属ブラケット６６をヨーク５０に一体形成された部分により構成する等により、ヨーク５０を電池収容用金属板１４である底部金属板１６と直接に接触させ、すなわち接続し、コイル４８の通電により発生した熱を、ヨーク５０から底部金属板１６へ直接に放熱可能とすることもできる。この場合、ヨーク５０の一部に底部金属板１６に結合するためのフランジ等の取り付け部を形成する。また、この場合、コイル４８のグランド側端子７８は、ヨーク５０を介してヨーク５０が結合された電池収容用金属板である底部金属板１６にアースされる。なお、コイル４８のグランド側端子７８は、図３のような方法で金属ブラケット６６またはヨーク５０に接続されるものに限定せず、種々の構成を採用できる。なお、ヨークの底部は、底部金属板１６に接触するように構成することもできる。

１０リレー、１２電池パック、１４電池収容用金属板、１６底部金属板、１８電池ブロック、２０車体、２２ブラケット、２４ボルト、２６隙間、２８温調装置、３０吸気ダクト、３２排気ダクト、３４送風ファン、３６遮蔽板、３８固定接点、４０可動接点、４２接点部、４４電磁石装置、４６ボビン、４８コイル、５０ヨーク、５２コイルブロック、５４可動鉄心、５６固定鉄心、５８シャフト、６０抑え部材、６２バネ、６４樹脂材、６６金属ブラケット、６８ボルト、７０ナット、７２ヨーク取り付け部、７４下側取り付け部、７６電流入力端子、７８グランド側端子、８０突部、８２固定部分、８４リターンバネ。

Claims

固定接点と可動接点とを含む接点部と、
電磁力により可動接点を駆動する電磁石装置とを備えるリレーの放熱構造であって、
電磁石装置は、鉄部材と、鉄部材の内側に伝熱部材を介して接触するように設けられたコイルとを有するコイルブロックと、コイルの内側に設けられ、可動接点が結合された可動鉄心とを含み、
さらに、電池収容用金属板により構成され、電池及びリレーを収容する電池収容部材を備え、
鉄部材は、電池収容用金属板と直接に、または別の伝熱部材を介して接触していることを特徴とするリレーの放熱構造。
請求項１に記載のリレーの放熱構造において、
コイルのグランド側端子は、鉄部材または鉄部材に固定された金属製ブラケットに電気的に接続され、アースされていることを特徴とするリレーの放熱構造。
請求項２に記載のリレーの放熱構造において、
コイルのグランド側端子は、鉄部材または金属製ブラケットを介して鉄部材または金属製ブラケットが結合された電池収容用金属板にアースされていることを特徴とするリレーの放熱構造。
請求項１〜３のいずれか１に記載のリレーの放熱構造において、
リレーは、電池収容部材の内部の下部に、底部を構成する電池収容用金属板の上側に配置され、
さらに、電池収容部材の内部に冷却風を送風する送風ファンを備えることを特徴とするリレーの放熱構造。
請求項１〜４のいずれか１に記載のリレーの放熱構造において、
伝熱部材は、鉄部材の内側でコイルの周囲に埋め込まれた樹脂材であることを特徴とするリレーの放熱構造。