JP6046767B2

JP6046767B2 - Ｅｖリレー

Info

Publication number: JP6046767B2
Application number: JP2015108333A
Authority: JP
Inventors: チュンシクアン
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2035-05-28
Also published as: KR101869719B1; EP2996136A1; ES2643518T3; US9384927B2; KR20160031897A; JP2016062888A; EP2996136B1; US20160079022A1; CN106206167A

Description

本発明は、ＥＶリレー（Electric Vehicle Relay）に関し、特に可動電極と固定電極との間に発生するアークを機械的に伸長させて消弧するＥＶリレーに関する。

一般に、直流リレー（Direct Current Relay）又は電磁接触器（Electromagnetic Contactor）は、電磁石の原理を利用して機械的な駆動と電流信号を伝達する電気的な回路開閉装置の一種であって、各種産業用設備、機械や車両などに設けられる。特に、電気自動車用リレーの場合、バッテリシステムに配置されて主電流の通電を開閉する役割を果たすこともある。

図６は従来技術によるＥＶリレーの縦断面図であり、図７は従来技術によるＥＶリレーの接点部の磁界を示す横断面図であり、図８は従来技術によるＥＶリレーの接点部の部分斜視図である。

電気自動車用直流リレーは、外部ケース１と、外部ケース１の内部に設けられるハウジング２と、ハウジング２に固定設置される一対の固定接点３と、固定接点３に接離する可動接点４とを含み、通常外部電源により接点の開閉制御を行えるように可動接点４を駆動する電気アクチュエータをさらに含む。前記電気アクチュエータは、可動接点４に結合される駆動軸５、固定コア６、可動コア７、コイル８などから構成される。さらに、電流遮断時に固定接点３と可動接点４との間に発生するアークを効果的に制御するために、ハウジング２の内部に永久磁石９が設けられる。

一対の固定接点３は、主接点端子であって、それぞれ＋、−の極性を有する。永久磁石９から発生する磁場は、電流と相互作用してフレミングの左手の法則による力を発生することにより、開閉時に発生するアークを外部に放出し、接点部の損傷を低減する役割を果たす。

図７に接点の極性と永久磁石９による力の作用を示す。同図を参照すると、永久磁石９においては、Ｎ極からＳ極に向かう磁力Ｂが発生し、また、固定接点３においては、右側の固定接点では同図の紙面の裏から表への電気力（＋Ｉ）が発生し、左側の固定接点では同図の紙面の表から裏への電気力（−Ｉ）が発生する。この場合、アークはフレミングの左手の法則により左右の外方に向かう力Ｆ、Ｆ’を受け、接点部に発生する損傷が防止される。

このように、従来技術によるＥＶリレーにおいては、永久磁石９により発生する磁界が固定接点３と可動接点４との間に発生するアークを伸長させて消滅させるように構成される。

しかし、従来技術によるＥＶリレーにおいては、永久磁石９を備えなければならないので、生産コストが増大するという欠点があった。

また、永久磁石９により発生する磁界は、固定接点３と可動接点４が接触して電流を通電させる際に、可動接点４に流れる方向の電流と共にフレミングの左手の法則による電磁反発力を増加させるという問題があった。

図８を参照して詳細に説明すると、可動接点４では左側の可動接点４ａから右側の可動接点４ｂに電流Ｉが流れるので、フレミングの左手の法則により、可動接点４には下方、すなわち固定接点３から分離する方向に力Ｆ１が作用する。このような電磁反発力により接触不良の可能性がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、可動電極と固定電極との間に発生するアークを機械的に伸長させて消弧するＥＶリレーを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によるＥＶリレーは、一対の固定電極と、前記固定電極に接離する可動電極と、前記可動電極に上端が結合されて垂直運動させる駆動軸と、前記駆動軸の中間部に間隔をおいて嵌められる固定コアと、前記駆動軸の下端に結合されて前記固定コアの磁力により吸引される可動コアと、前記固定コア及び前記可動コアが挿入されて支持されるシリンダとを含み、前記可動コアの外周面に係止突起が形成され、前記シリンダの内周面に前記係止突起が挿入される傾斜溝が形成され、前記可動コアが上下運動する際に前記係止突起が前記傾斜溝内を移動することにより前記可動電極が回転することを特徴とする。

ここで、前記係止突起が左右対称の一対で形成され、前記傾斜溝が前記一対の係止突起に対応する一対で形成されることを特徴とする。

また、前記傾斜溝の高さが前記可動コアの運動距離と同一であることを特徴とする。

さらに、前記可動電極の回転角度が９０度であることを特徴とする。

本発明の一実施形態によるＥＶリレーにおいては、接点部から発生するアークを可動電極の回転により機械的に伸長させるので、アーク消弧性能が向上するという効果がある。

また、アーク消弧のための永久磁石を備えないので、永久磁石により可動電極に発生する電磁反発力の増加を防止するという効果がある。さらに、永久磁石を備えないので、生産コストが低減されるという効果がある。

本発明の一実施形態によるＥＶリレーの縦断面図である。本発明の一実施形態によるＥＶリレーの内部部分斜視図である。図２のシリンダの右側面図である。図２のシリンダの左側面図である。本発明の一実施形態によるＥＶリレーの作用図であって可動電極と固定電極が接触した状態の正面図である。本発明の一実施形態によるＥＶリレーの作用図であって可動電極と固定電極が接触した状態の平面図である。本発明の一実施形態によるＥＶリレーの作用図であって可動電極と固定電極が分離した状態の正面図である。本発明の一実施形態によるＥＶリレーの作用図であって可動電極と固定電極が分離した状態の平面図である。従来技術によるＥＶリレーの縦断面図である。従来技術によるＥＶリレーの接点部の磁界を示す横断面図である。従来技術によるＥＶリレーの接点部の部分斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態によるＥＶリレーについて説明するが、これは本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる程度に詳細に説明するためのものであり、本発明の技術的思想や範囲を限定するものではない。

図１は本発明の一実施形態によるＥＶリレーの縦断面図である。図２は本発明の一実施形態によるＥＶリレーの内部部分斜視図であり、図３Ａ及び図３Ｂは図２のシリンダの右側面図及び左側面図である。

本発明の一実施形態によるＥＶリレーは、一対の固定電極１０と、固定電極１０に接離する可動電極２０と、可動電極２０に上端が結合されて垂直運動させる駆動軸３０と、駆動軸３０の中間部に間隔をおいて嵌められる固定コア５０と、駆動軸３０の下端に結合されて固定コア５０の磁力により吸引される可動コア４０と、固定コア５０及び可動コア４０が挿入されて支持されるシリンダ７０とを含み、可動コア４０の外周面に係止突起４１、４２が形成され、シリンダ７０の内周面に係止突起４１、４２が挿入される傾斜溝７１、７２が形成され、可動コア４０が上下運動する際に係止突起４１、４２が傾斜溝７１、７２内を移動することにより可動電極２０が回転することを特徴とする。

固定電極１０は、一対で形成されてハウジング１５の上部に結合され、それぞれ電源側及び負荷側に接続される。固定電極１０の上部に形成された端子部には接続端子が結合され、固定電極１０の下部には可動電極２０と接触可能に固定接点１１が形成される。

可動電極２０は、固定電極１０に接離する板状の電極であり、ハウジング１５の内部に挿入される。可動電極２０の上面のうち固定接点１１に直接接触する部分には可動接点２１が形成される。可動電極２０が上方に移動して固定電極１０に接触すると、電源から負荷に電流が供給され、可動電極２０が下方に移動して固定電極１０から分離すると、電源から負荷に供給されていた電流が遮断される。

可動電極２０の中心部には駆動軸３０が結合される。可動電極２０は、駆動軸３０に固定されて駆動軸３０の移動に応じて移動する。駆動軸３０が軸方向に線形駆動されることにより、可動電極２０が固定電極１０に接離する。

駆動軸３０は、長い棒状のシャフトであり、ケース１６の内部中心部に垂直に設けられる。駆動軸３０の上端には可動電極２０が固定結合され、駆動軸３０の下端には可動コア４０が固定結合される。すなわち、駆動軸３０は可動電極２０及び可動コア４０と共に移動する。つまり、可動コア４０の移動は駆動軸３０を介して可動電極２０に伝達される。

駆動軸３０の上部にはフランジ部３１が形成され、フランジ部３１と可動電極２０との間には圧縮スプリング２５が介在して可動電極２０を付勢する。フランジ部３１は、支持体１７の上端に係止されて駆動軸３０が下方に移動しないようにする係止鍔の役割を果たす。

駆動軸３０の中間部には固定コア５０が嵌められる。ここで、固定コア５０の中心軸に沿って形成される中空部は駆動軸３０の外径より広く形成され、固定コア５０と駆動軸３０とが接触しないようになっている。

コイル６０は、ボビン６５の周囲に巻回され、電源が供給されると磁場を発生する。コイル６０の磁場により固定コア５０が磁化して可動コア４０を吸引する。

固定コア５０の下部及び可動コア４０の上部にはそれぞれ溝が形成され、駆動軸３０の外面との間にリターンスプリング５５が挿入設置される。

可動コア４０は、固定コア５０と同じ直径を有する円筒状に形成され、コイル６０と固定コア５０から発生する磁力により上昇する。コイル６０に供給されていた外部電源が遮断されると、固定コア５０に磁力が発生しなくなるので、可動コア４０は、リターンスプリング５５により固定コア５０から分離して初期位置に下降する。

可動コア４０の外周面に突設される係止突起４１、４２は、駆動軸３０を中心として対称となる一対で形成されてもよい。

シリンダ７０は、固定コア５０及び可動コア４０が挿入される空間を提供すると共に、固定コア５０及び可動コア４０に支持力を与える。

シリンダ７０の内面には、係止突起４１、４２が挿入される傾斜溝７１、７２が形成される。傾斜溝７１、７２は、係止突起４１、４２に対応する一対で形成されてもよい。

ここで、傾斜溝７１、７２の高さは、可動コア４０の運動距離と同一であってもよい。また、可動コア４０の運動距離は、可動電極２０の運動距離と同一であってもよく若干長くてもよい。これは、可動電極２０が圧縮スプリング２５により支持されて固定電極１０に安定して接触するようにするためである。

一方、傾斜溝７１、７２を水平面上に投影した弧の中心角は９０度にしてもよい。こうすることにより、可動電極２０の回転角度は９０度となる。

ボビン６５は、両端にフランジが形成された円筒状に形成され、ボビン６５のフランジ間に前述したコイル６０が巻回される。また、ボビン６５の中心部には、シリンダ７０が挿入される貫通孔が形成される。

ヨーク１８は、ボビン６５の両端及びボビン６５に巻回されたコイル６０の側面を囲む形状に形成される。

以下、本発明の一実施形態によるＥＶリレーの動作について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは本発明の一実施形態によるＥＶリレーの作用図であって可動電極と固定電極が接触した状態の正面図及び平面図であり、図５Ａ及び図５Ｂは本発明の一実施形態によるＥＶリレーの作用図であって可動電極と固定電極が分離した状態の正面図及び平面図である。

可動電極２０が上昇して固定電極１０に接触した状態で、可動コア４０の右側の係止突起４１は右側の傾斜溝７１の上端部７１ａに位置する。このとき、外部電源が遮断されてコイル６０と固定コア５０から発生していた磁力が弱くなると、可動コア４０がリターンスプリング５５の付勢力により固定コア５０から分離して元の位置に下降する。このとき、可動コア４０の右側の係止突起４１が右側の傾斜溝７１内を移動するので、可動コア４０は回転する。可動コア４０は右側の係止突起４１が右側の傾斜溝７１の下端部７１ｂに至るまで下降する。ここで、右側の傾斜溝７１の高さは、可動コア４０及び可動電極２０の上下移動距離に対応する。そして、可動コア４０と共に可動電極２０も下降しながら回転する。可動電極２０は、９０度回転することが好ましい。

このような方式は左側の係止突起４２と左側の傾斜溝７２にも同様に適用される。可動電極２０が固定電極１０に接触した状態で、可動コア４０の左側の係止突起４２は左側の傾斜溝７２の上端部７２ａに位置する。可動コア４０が下降すると、可動コア４０の左側の係止突起４２が左側の傾斜溝７２内を移動するので、可動コア４０は回転する。これにより、可動電極２０も回転して固定電極１０から分離する。

可動電極２０が固定電極１０から分離するときに９０度回転するので、可動接点２１が固定接点１１から遠くに離れ、アークが伸長して消滅する。

本発明の一実施形態によるＥＶリレーにおいては、可動接点２１と固定接点１１との間に発生するアークを可動電極２０の回転により機械的に伸長させるので、アーク消弧性能が向上するという効果がある。

また、アーク消弧のために従来用いていた永久磁石を備えないので、永久磁石により可動電極２０に発生する電磁反発力の増加を防止するという効果がある。さらに、永久磁石を備えないので、生産コストが低減されるという効果がある。

前述した実施形態は例示的なものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の基本的な特性を逸脱しない範囲で様々な修正や変形が可能であろう。つまり、前述した実施形態は本発明の技術思想を説明するためのものにすぎず、前述した実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の権利範囲は添付の特許請求の範囲により定められるべきであり、同等の範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

１０固定電極
１１固定接点
１５ハウジング
１６ケース
１７支持体
１８ヨーク
２０可動電極
２１可動接点
２５圧縮スプリング
３０駆動軸
３１フランジ部
４０可動コア
４１、４２係止突起
５０固定コア
５５リターンスプリング
６０コイル
６５ボビン
７０シリンダ
７１、７２傾斜溝

Claims

一対の固定電極と、
前記固定電極に接離する可動電極と、
前記可動電極に上端が結合されて垂直運動させる駆動軸と、
前記駆動軸の中間部に間隔をおいて嵌められる固定コアと、
前記駆動軸の下端に結合されて前記固定コアの磁力により吸引される可動コアと、
前記固定コア及び前記可動コアが挿入されて支持されるシリンダと、を含み、
前記可動コアの外周面に係止突起が形成され、
前記シリンダの内周面に前記係止突起が挿入される傾斜溝が形成され、前記可動コアが上下運動する際に前記係止突起が前記傾斜溝内を移動することにより前記可動電極が回転し、
前記傾斜溝の高さが前記可動コアの運動距離と同一であり、前記傾斜溝を水平面上に投影した弧の中心角が９０度であることを特徴とするＥＶリレー。
前記係止突起が左右対称の一対で形成され、前記傾斜溝が前記一対の係止突起に対応する一対で形成される、請求項１に記載のＥＶリレー。
前記可動電極の回転角度が９０度である、請求項１に記載のＥＶリレー。