JP6228162B2

JP6228162B2 - リレー

Info

Publication number: JP6228162B2
Application number: JP2015117940A
Authority: JP
Inventors: スチュンリ
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2035-06-11
Also published as: ES2646313T3; US9673010B2; EP2963668B1; KR200488063Y1; CN105280443A; CN105280443B; KR20160000078U; US20150380194A1; JP2016015313A; EP2963668A1

Description

本発明はリレーに関する。

リレーは、コイルに電源が供給されると、コイルの磁力で可動コアが固定コアに接触してシャフトが上昇することにより可動接触子が固定接触子に接触して通電が行われるスイッチング部品である。

一般に、このようなリレーにおいては、固定接触子と可動接触子の接触により通電が行われ、特に高電圧の直流電源を遮断するときに発生するアークを制御するために永久磁石を用いる。より具体的には、永久磁石をアークが発生する固定接触子と可動接触子の近傍に適切に配置し、永久磁石から発生する磁束の強度、方向及び電流方向、アークの伸長長さによって決まる力を利用してアークを制御し、冷却して消弧する遮断メカニズムを用いる。

可動コアと固定コアの当接面は、製品特性に応じて様々な形態に設計されるが、大きく平面状（図５）とコーン状（図７）がある。例えば、図５に示す平面状の可動コアは、固定コアに平坦に当接し、図７に示すコーン状の可動コアは、一例として断面三角形状の可動コアであって、それを収容できる形態の固定コアに当接する。

図５は従来技術による平面状の可動コアを備えたリレーの断面図であり、図６は図５の可動コアの斜視図である。

図５を参照すると、リレー１００ａは、接点を有して移動可能な可動部１４０と、アーク消弧のための消弧ガス充填空間を密閉するガス密閉部と、可動部１４０の駆動のための駆動力を供給する磁気駆動部とを含む。ここで、可動部１４０は、シャフト１４１と、シャフト１４１の下部に接続されて磁気駆動部からの磁気吸引力によりシャフト１４１と共に直線移動可能なシリンダ状の可動コア１４５ａと、シャフト１４１の上端部に接続されて電気的接点部を形成する可動接触子１４９とを含む。可動コア１４５ａに対向する位置にはシャフト１４１を囲むように固定コア１４３ａが設けられ、固定コア１４３ａ、可動コア１４５ａ及び第２バリア１１８などは磁束の移動経路を形成する。

ガス密閉部は、リレー１００ａの消弧ガスを密閉して貯蔵する消弧ガス室を形成するように可動部１４０の上部周囲に設けられる。ガス密閉部は、管状の絶縁部材と、絶縁部材を貫通して絶縁部材の内外に延びるように設けられて絶縁部材に気密に結合される一対の固定接触子１２０と、絶縁部材と第２バリア１１８との間を気密に密閉するように段差が形成される管状の気密部材と、可動コア１４５ａ及び固定コア１４３ａを囲んで密閉するように設けられる非磁性体で形成されるシリンダ１６０とを含む。ここで、一対の固定接触子１２０には、直流電源側と負荷側がそれぞれ電気的に（例えば、電線を介して）接続される。

磁気駆動部は、磁気吸引力を発生して可動コア１４５ａと可動接触子１４９を駆動することによりリレー１００ａを開閉駆動する。磁気駆動部は、励磁コイル１３３と、前述した第２バリア１１８とを含む。ここで、励磁コイル１３３は、リレー１００ａの下部に設けられる駆動コイルであって、リレー１００ａにおいて、磁気吸引力を発生して接点開閉のための可動部１４０に駆動力を供給する。励磁コイル１３３は、電流が供給されると励磁され、電流供給が遮断されると消磁される。第２バリア１１８は、励磁コイル１３３の上方に設けられ、励磁コイル１３３の励磁時に可動コア１４５ａ及び固定コア１４３ａと共に磁束の移動経路の一部を形成する。また、下部ヨーク（図示せず）も、励磁コイル１３３の励磁時に第２バリア１１８、可動コア１４５ａ及び固定コア１４３ａと共に磁束の移動経路を形成する。

ボビン１３１は、その周囲に励磁コイル１３３を巻回して励磁コイル１３３を支持し、リターンスプリング１８３は、可動コア１４５ａと固定コア１４３ａとの間に設けられ、励磁コイル１３３が消磁されると可動コア１４５ａが元の位置（すなわち、固定コア１４３ａから離隔した位置）に復帰するように付勢する。

図６を参照すると、可動コア１４５ａは、内側に段が形成されてリターンスプリング１８３を安定して装着できる構造を有する。しかし、後述するように、組立性や耐久性などの問題があった。

なお、図７は従来技術によるコーン状の可動コアを備えたリレーの断面図である。図７に示すコーン状の可動コア１４５ｂを備えたリレー１００ｂは、本発明の理解を助けるためのものであり、その説明は省略する。

以下、上記のように構成される従来技術によるリレーの動作について簡単に説明する。電流供給により励磁コイル１３３が磁化されると、励磁コイル１３３から発生する磁束は、可動コア１４５ａ、固定コア１４３ａ、第２バリア１１８及び下部ヨークにより形成される磁束の移動経路を移動して磁束の閉回路を形成する。このとき、可動コア１４５ａが直線移動して固定コア１４３ａに接触し、それと同時に、可動コア１４５ａと共に直線移動するように接続されたシャフト１４１が上方に移動する。すると、シャフト１４１の上端部に設けられた可動接触子１４９が固定接触子１２０に接触し、それにより、直流電源側と負荷側が接続されて直流電力が供給されるオン状態となる。

一方、電流供給の遮断により励磁コイル１３３が消磁されると、リターンスプリング１８３により可動コア１４５ａが固定コア１４３ａから離隔して元の位置に復帰し、それと同時に、可動コア１４５ａと共に直線移動するように接続されたシャフト１４１が下方に移動する。すると、シャフト１４１の上端部に設けられた可動接触子１４９が固定接触子１２０から分離し、それにより、直流電源側と負荷側が分離して直流電力の供給が遮断されるオフ状態となる。

コイルターミナルを介して電源が供給されると、コイルアセンブリから磁力が発生し、可動コア１４５ａが固定コア１４３ａの方向に移動してシャフト１４１を押し上げる。リレー１００ａの短絡性能は、リレー１００ａのオン時のリターンスプリング１８３及びコンタクトスプリング１８１の圧縮力により決定される。一般的にコンタクトスプリング１８１のほうがリターンスプリング１８３より荷重が非常に大きいので、リレー１００ａの短絡性能はコンタクトスプリング１８１の最大圧縮力に左右されるといえる。また、スプリングの圧縮力は、最大圧縮距離に比例し、固定コア１４３ａと可動コア１４５ａとの距離及び固定接触子１２０と可動接触子１４９との距離により決定される。

このような従来技術によるリレーにおいて、平面状の可動コアと固定コアとを結合するためには、可動コアと固定コアとの間に強い磁力が要求される。強い磁力でなければ、可動コアはシャフトを移動させて固定接触子と可動接触子間を短絡させることができない。特に、可動コアが固定コアから離隔した状態でコイルに電流が供給される瞬間である初期に強い磁力が要求される。

また、スプリングが可動コア、固定コア又はシャフトと干渉し、動作時にずれを引き起こすことがあった。さらに、可動コアは上端面と下端面のどちらも平面状に形成されるので、組立時に誤組立が発生することがあった。

本発明は、リレーの可動コアに突起部を追加することにより、可動コアと固定コアとの間に強い初期磁力を供給して動作特性を向上させることを目的とする。また、リターンスプリングと相関部品との干渉を最小限に抑え、組立性能を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一実施形態によるリレーは、ハウジングと、前記ハウジングの内側に結合されるシリンダと、前記ハウジングに結合される固定接触子と、前記ハウジングの内部に移動可能に配置され、前記固定接触子に接離する可動接触子と、前記ハウジングの内部に設けられ、電流供給により磁場を形成するコイルアセンブリと、上側が前記可動接触子と結合される可動シャフトと、前記シリンダの内側に挿入され、前記可動シャフトを囲む固定コアと、前記可動シャフトに固定され、前記コイルアセンブリに形成された磁場により前記可動シャフトを加圧して移動させる可動コアと、前記可動接触子が前記固定接触子に接触する方向に移動するように前記可動シャフトを付勢するコンタクトスプリングと、前記可動シャフトを囲み、前記固定コアと前記可動コアとの間に配置されるリターンスプリングとを含み、前記可動コアは、前記固定コアと前記可動コアとの間の初期磁力を向上させるために、前記固定コアの方向に延びて前記可動シャフトを囲む円筒状の突起部を含むことを特徴とする。

前記突起部は、端部に面取り部が形成されたものであってもよい。

前記固定コアは、前記リターンスプリング及び前記突起部を収容できる収容部を含んでもよい。

前記リターンスプリングは、上端が前記収容部の端部に当接し、下端が前記突起部に当接し、前記収容部の端部と前記突起部との間で弾性変形可能なものであってもよい。

前記突起部の外径は、前記収容部の内径以下であってもよい。

本発明の一実施形態においては、リレーの可動コアに突起部を追加している。可動コアの突起部により、可動コアが固定コアから離隔した初期状態で可動コアと固定コアとの距離が短くなり、コイルへの電流供給により強い初期磁力が得られる。つまり、可動コアの突起部により初期動作特性が向上するという効果がある。

また、可動コアの突起部がリターンスプリングを固定することにより、リターンスプリングと可動コア、固定コア及びシャフトなどの相関部品との干渉が低減され、組立性が向上するという効果がある。

さらに、可動コアの突起部により、リターンスプリングと相関部品との不要な摩耗などが低減され、可動コアやリターンスプリングなどの耐久性が向上するという効果がある。

本発明の一実施形態によるリレーの断面図である。本発明の一実施形態によるリレーの断面図である。図１の可動コアの斜視図である。可動コアと固定コアとの距離と磁力の強度の関係を示すグラフである。従来技術による平面状の可動コアを備えたリレーの断面図である。図５の可動コアの斜視図である。従来技術によるコーン状の可動コアを備えたリレーの断面図である。

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リレーについて詳細に説明する。ただし、従来技術によるリレーに類似した部分については、本発明の特徴の説明に必要な範囲内で簡単に説明する。

図１及び図２は本発明の一実施形態によるリレーの断面図であり、図３は図１の可動コアの斜視図である。図１及び図２を参照すると、ハウジング２１０の内部には可動シャフト２４１が移動可能に配置される。可動シャフト２４１の上側には可動接触子２４９が結合されており、可動シャフト２４１の下側には可動コア２４５が結合されている。可動コア２４５は、可動シャフト２４１に結合されて可動シャフト２４１と共に移動する。コイルアセンブリ２３０による磁力により可動コア２４５が固定コア２４３の方向に移動すると、可動シャフト２４１と可動接触子２４９も共に移動し、可動接触子２４９が固定接触子２２０に接触する。

可動コア２４５はシリンダ２６０の内側に配置されるが、電流供給によりコイルアセンブリ２３０から発生する磁力は可動コア２４５に伝達される。可動コア２４５は、磁力を受けて可動シャフト２４１を加圧して移動させる。

可動コア２４５は突起部２４６を含む。突起部２４６は、固定コア２４３に向かって突出した円筒状の部材であり、可動シャフト２４１を囲むように配置される。

図３を参照すると、突起部２４６は、端部に面取り部が形成されたものであってもよい。可動コア２４５の突起部２４６の面取り部により、リターンスプリング２８３との組立性が向上し、干渉が低減される。突起部２４６の面取り部は、リターンスプリング２８３の付勢力を受ける部分であり、組立性などの向上のための構造であって、約４５°の角度で形成されてもよいが、リターンスプリング２８３の弾性変形が容易な範囲内で様々に変更可能である。面取り部が形成されていない円筒状の突起部を備えた可動コアも他の実施形態として可能である。

可動コア２４５は、磁力により移動可能にシリンダ２６０の内側に接し、可動シャフト２４１の外側に溶接などにより固定されるようにしてもよい。可動コア２４５の突起部２４６は、可動コア２４５と一体に製作される。

固定コア２４３は、シリンダ２６０に固定され、長手方向に貫通する孔を備えた円筒状の部材からなり、後述するように可動シャフト２４１の移動をガイドする。

固定コア２４３は収容部２４４を含んでもよい。収容部２４４は、リターンスプリング２８３が配置されると共に突起部２４６が収容される空間であって、突起部２４６の外径より大きく形成されてもよく、突起部２４６の外周面と収容部２４４が形成される固定コア２４３の内周面が接するように突起部２４６の外径と同一に形成されてもよい。収容部２４４の深さは、突起部２４６が収容部２４４の内側に十分に移動できるように、突起部２４６の長さより深く形成されてもよい。

突起部２４６により、可動コア２４５は、励磁コイル２３３への電流供給時に固定コア２４３にさらに密着することができる。つまり、固定コア２４３と可動コア２４５との間に強い初期磁力が供給され、動作性能が向上する。ここで、初期磁力とは、前述したように、可動コア２４５が固定コア２４３から離隔した状態でコイルに電流が供給される瞬間の磁力を意味する。

コンタクトスプリング２８１は、可動シャフト２４１の上側で可動接触子２４９に接して配置される。リターンスプリング２８３は、可動コア２４５と固定コア２４３との間に配置されてもよく、可動接触子２４９と可動シャフト２４１との間に配置されてもよい。

コンタクトスプリング２８１は、可動接触子２４９が固定接触子２２０に接触するように可動シャフト２４１を付勢し、可動接触子２４９が固定接触子２２０に接触すると接点の接触圧力を保持する。コンタクトスプリング２８１は、可動接触子２４９と可動シャフト２４１との間で加圧されて弾性変形する。

リターンスプリング２８３は、可動接触子２４９が固定接触子２２０から離隔するように可動コア２４５を付勢する。リターンスプリング２８３は、可動コア２４５と固定コア２４３との間で加圧されて弾性変形する。

本発明の一実施形態によるリレー２００は、リレー２００の外観を形成するハウジング２１０を含み、ハウジング２１０は、第１ハウジング２１１と第２ハウジング２１２とから構成されてもよい。

第１ハウジング２１１は、リレー２００の上部外観を形成し、第１バリア２１７に結合されてもよく、固定接触子２２０と可動接触子２４９が接触する消弧領域と残りの領域に分けられる。第１ハウジング２１１は、絶縁のためにセラミック材質で形成されてもよい。第１ハウジング２１１には、一対の固定接触子２２０が第１ハウジング２１１の上面を貫通して気密に結合される。

第２ハウジング２１２は、リレー２００の下部外観を形成し、第２バリア２１８に結合されてもよい。第２ハウジング２１２及び第２バリア２１８内部のアクチュエータ領域にはシリンダ２６０が結合され、シリンダ２６０の周辺にはコイルアセンブリ２３０が設けられる。

以下、図１及び図２を参照して本発明の一実施形態によるリレーの作用について詳細に説明する。

まず、図１を参照すると、コイルアセンブリ２３０に電流が供給されていない状態では、可動コア２４５にはリターンスプリング２８３の付勢力のみ作用する。従って、可動シャフト２４１は下方に移動した状態を維持し、それにより可動接触子２４９が固定接触子２２０から離隔する。

一方、コイルアセンブリ２３０に電流が供給されてコイル２３３が磁化されると、コイル２３３から発生する磁束は、可動コア２４５、固定コア２４３、第２バリア２１８などにより形成される磁束の移動経路を移動して磁束の閉回路を形成し、可動コア２４５は上方への磁力を受ける。

突起部２４６により、可動コア２４５は、移動する瞬間に強い初期磁力を受ける。つまり、高い動作特性により、可動コア２４５は、十分な磁力を受け、可動シャフト２４１と共に移動することができる。

図２を参照すると、可動コア２４５が固定コア２４３側に移動し、突起部２４６が固定コア２４３の内部に収容されている。可動接触子２４９は固定接触子２２０に接触しており、コンタクトスプリング２８１は圧縮された状態である。

コイルアセンブリ２３０に供給されていた電流が遮断されると、可動コア２４５はリターンスプリング２８３により可動シャフト２４１と共に下方に移動し、可動接触子２４９が固定接触子２２０から離隔したオフ状態となる。

図４は可動コアと固定コアとの距離と磁力の強度の関係を示すグラフであり、横軸が可動コアと固定コアとの距離を示し、縦軸が磁力の強度を示す。前述したように、コイルアセンブリに電流が供給される瞬間の初期磁力の強度はリレーの動作性能に重要な影響を及ぼす。可動コアと固定コアとの距離が２．５ｍｍの場合の磁力の強度を参照すると、突起部を備えた場合（修正モデル）は約２２００ｇ・ｆであるのに対し、突起部を備えていない場合（現行モデル）は約１８００ｇ・ｆであり、初期磁力の強度に大きな差があることが分かる。すなわち、本発明の一実施形態においては、突起部により向上した初期磁力が得られる。

前述した実施形態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ようにするためのものであり、本発明の権利がこれに限定されるものではない。本発明の権利は添付の特許請求の範囲により定められるべきである。

２００リレー
２１０ハウジング
２２０固定接触子
２３０コイルアセンブリ
２４１可動シャフト
２４３固定コア
２４４収容部
２４５可動コア
２４６突起部
２４９可動接触子
２６０シリンダ
２８１コンタクトスプリング
２８３リターンスプリング

Claims

ハウジングと、
前記ハウジングの内側に結合されるシリンダと、
前記ハウジングに結合される固定接触子と、
前記ハウジングの内部に移動可能に配置され、前記固定接触子に接離する可動接触子と、
前記ハウジングの内部に設けられ、電流供給により磁場を形成するコイルアセンブリと、
上側が前記可動接触子と結合される可動シャフトと、
前記シリンダの内側に挿入され、前記可動シャフトを囲む固定コアと、
前記可動シャフトに固定され、前記コイルアセンブリに形成された磁場により前記可動シャフトを加圧して移動させる可動コアと、
前記可動接触子が前記固定接触子に接触する方向に移動するように前記可動シャフトを付勢するコンタクトスプリングと、
前記可動シャフトを囲み、前記固定コアと前記可動コアとの間に配置されるリターンスプリングと、を含み、
前記可動コアは、前記固定コアと前記可動コアとの間の初期磁力を向上させるために、前記可動コアの上部に形成されて前記固定コアの方向に延び、内周面が前記可動シャフトに接する円筒状の突起部を含み、
前記固定コアは、前記突起部を収容できる円筒状の収容部を含み、前記収容部の内周面に前記突起部の外周面が接し、
前記突起部は、端部に面取り部が形成され、
前記収容部は、前記リターンスプリングを収容し、
前記リターンスプリングは、上端が前記収容部の端部に当接し、下端が前記面取り部に当接し、前記収容部の端部と前記面取り部との間で弾性変形可能であることを特徴とするリレー。
前記突起部の外径は、前記収容部の内径以下である、請求項１に記載のリレー。