JP6343656B2 - 直流リレー - Google Patents

Description

本発明は、直流リレー（Direct Current Relay）に関し、特に、オン動作時に固定コアと可動コア間で発生する衝撃を緩和して騒音の発生を低減させた直流リレーに関する。

一般に、直流リレー又は電磁開閉器（Magnetic Switch）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、機械や車両などに用いられる。
特に、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車、ゴルフカート、電動フォークリフトなどの電気自動車（Electric Vehicle）は、バッテリの電力を動力発生装置及び電装部に供給及び遮断するための電気自動車用リレー（Electric Vehicle Relay）を備えており、当該電気自動車用リレーは電気自動車において非常に重要な中核部品の１つである。

図７及び図８は従来技術による直流リレーの構造図であって、図７は遮断状態（オフ状態）を示し、図８は通電状態（オン状態）を示す。

従来技術による直流リレーは、アークチャンバ１の上部に固定設置される固定接点２と、アークチャンバ１の内部に直線運動可能に設置されて固定接点２に接離する可動接点３と、アークチャンバ１の下方に設置されて可動接点３を直線運動させるアクチュエータＡと、可動接点３の接圧力を確保するためのコンタクトスプリング４とを含む。

アクチュエータＡは、外部電源が入力されると磁場を発生するコイル５と、コイル５の内部に固定設置される固定コア６と、固定コア６の下方に直線運動可能に設置される可動コア７と、下端が可動コア７に固定結合されて上端が可動接点３に摺動可能に結合されるシャフト８と、固定コア６と可動コア７間に設置されて可動コア７を固定コア６から遠ざける方向に復帰させるリターンスプリング９とを含む。ここで、シャフト８は、固定コア６の中心部に形成されたシャフト孔に案内されて摺動する。

このような従来技術による直流リレーの動作は次の通りである。
まず、オン動作は次のように行われる。図７のような遮断状態でコイル５に電流が流れると、コイル５の周辺に磁場が形成され、その磁場中で固定コア６が磁化される。固定コア６の磁気吸引力により可動コア７がリターンスプリング９を圧縮して上昇する。それにより、可動コア７に接合されたシャフト８がコンタクトスプリング４を圧縮して上昇し、可動接点３を押し上げて固定接点２に接触させることにより、主回路に通電が行われるようになる。すなわち、図８のような通電状態となる。

しかし、このときに可動コア７が固定コア６に衝突して騒音が発生する。
このように、従来技術による直流リレーにおいては、オン動作時に可動コア７が固定コア６に衝突して発生する騒音により、感性品質が低下するという問題があった。

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、オン動作時に固定コアと可動コアの間で発生する衝撃を緩和して騒音の発生を低減させた直流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直流リレーは、フレームの一側に固定設置される一対の固定接点と、前記一対の固定接点の下方に直線運動可能に設置されて前記一対の固定接点に接離する可動接点と、前記可動接点の下方に設置される絶縁プレートと、前記可動接点と前記絶縁プレート間に備えられるコンタクトスプリングと、前記絶縁プレートの下部に設置され、中央部に貫通孔が形成されるプレートと、前記貫通孔を介して前記プレートに上部から挿入設置され、中心にシャフト孔が貫通形成される固定コアと、前記固定コアと前記絶縁プレート間に備えられる騒音防止パッドと、前記固定コアの下方に直線運動可能に設置される可動コアと、前記貫通孔を貫通するように設置され、上端が前記可動接点に固定され、下端が前記可動コアに結合されるシャフトとを含む。

ここで、前記固定コアは、上面にフランジ部を有するようにしてもよい。

また、前記絶縁プレートの下部には、前記騒音防止パッドの一部が挿入される装着凹部が形成されるようにしてもよい。

さらに、前記騒音防止パッドの高さは、前記装着凹部の深さより高くしてもよい。

さらに、前記騒音防止パッドの面積は、前記固定コアの上面より広くしてもよい。

さらに、前記固定コアの上面には、複数の円形溝部が形成されるようにしてもよい。

さらに、前記騒音防止パッドは、前記フランジ部を覆うようにしてもよい。

本発明の一実施形態による直流リレーにおいては、固定コアがプレートの上方から挿入設置され、上方に移動できるように遊びを確保しており、オン動作時に可動コアとの衝撃が緩和されて騒音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直流リレーの構造図であって、遮断状態を示す。 本発明の一実施形態による直流リレーの構造図であって、通電状態を示す。 図２の直流リレーの部分詳細図である。 本発明の他の実施形態による直流リレーの構造図である。 本発明のさらに他の実施形態による直流リレーの構造図である。 本発明のさらに他の実施形態による直流リレーの構造図である。 従来技術による直流リレーの構造図であって、遮断状態を示す。 従来技術による直流リレーの構造図であって、通電状態を示す。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明するが、これらは本発明を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及び図２は本発明の一実施形態による直流リレーの構造図であって、図１は遮断状態を示し、図２は通電状態を示す。

本発明の一実施形態による直流リレーは、フレームの一側に固定設置される一対の固定接点１１と、一対の固定接点１１の下方に直線運動可能に設置されて一対の固定接点１１に接離する可動接点１２と、可動接点１２の下方に設置される絶縁プレート２５と、可動接点１２と絶縁プレート２５間に備えられるコンタクトスプリング３０と、絶縁プレート２５の下部に設置され、中央部に貫通孔２１が形成されるプレート２０と、貫通孔２１を介してプレート２０に上部から挿入設置され、中心にシャフト孔４２が貫通形成される固定コア４０と、固定コア４０と絶縁プレート２５間に備えられる騒音防止パッド３５と、固定コア４０の下方に直線運動可能に設置される可動コア４５と、貫通孔２１を貫通するように設置され、上端が可動接点１２に固定され、下端が可動コア４５に接合されるシャフト５０とを含む。

フレームは、図示していないが、図１に示す構成要素を内蔵して支持できる箱状のケースからなる。フレームは、上部フレームと下部フレームとから構成されてもよい。

アークチャンバ（arc chamber）１０は、下面が開放された箱状に形成され、前記直流リレー内部の上側に設けられる。アークチャンバ１０は、遮断時に接点部に発生するアークを消弧できるように、絶縁性、耐圧性、耐熱性に優れた材質で形成される。

固定接点（fixed contact）１１は、一対からなり、フレーム及びアークチャンバ１０に固定設置される。一対の固定接点１１のいずれか一方は電源側に接続され、他方は負荷側に接続される。

可動接点（moving contact）１２は、所定長さの板状体からなり、一対の固定接点１１の下方に設置される。可動接点１２は、リレー内部の下側に設置されるアクチュエータ６０により上下に直線運動して固定接点１１に接離可能になっている。

アクチュエータ６０は、磁路（magnetic circuit）を形成するＵ字状のヨーク６１と、ヨーク６１の内部に設置されるボビン６２に巻回されて外部電源の供給により磁場を発生するコイル６３と、コイル６３の径方向内側に固定設置されてコイル６３から発生する磁場により磁化されて磁気吸引力を発生する固定コア４０と、固定コア４０の下方に直線運動可能に設置されて固定コア４０の磁気吸引力により固定コア４０に接離する可動コア４５と、下端が可動コア４５に結合されて上端が可動接点１２に摺動可能に貫挿されるシャフト５０と、固定コア４０と可動コア４５間に設置されて可動コア４５を下方に復帰させるリターンスプリング４４とを含んでもよい。

プレート２０は、アクチュエータ６０とアークチャンバ１０の間に備えられる。プレート２０は、ヨーク６１の上部に結合されてもよい。プレート２０は、磁性体で形成されて磁路を形成し、上方のアークチャンバ１０及び下方のアクチュエータ６０がそれぞれ設置される支持板の役割を果たす。
プレート２０とアークチャンバ１０間には密封用部材が備えられてもよい。例えば、アークチャンバ１０の下部周囲に沿って密封用カバー部材１５が備えられてもよい。

コンタクトスプリング３０は、可動接点１２とプレート２０間に備えられる。コンタクトスプリング３０は、可動接点１２を支持し、通電時に可動接点１２に接圧力を供給するために設けられる。コンタクトスプリング３０は、圧縮コイルばねで構成されてもよい。

アークチャンバ１０とプレート２０間には、絶縁性能を保証するために絶縁プレート２５が備えられてもよい。絶縁プレート２５は、アークチャンバ１０の下面部を覆い、プレート２０から所定距離だけ離隔するように設けられてもよい。絶縁プレート２５が設けられた場合、コンタクトスプリング３０は、絶縁プレート２５と可動接点１２間に設置されてもよい。絶縁プレート２５の下部には、騒音防止パッド３５が挿入される装着凹部２６が形成されてもよい。装着凹部２６に騒音防止パッド３５が挿入されることにより、固定コア４０の衝撃が緩和される。

固定コア４０は、プレート２０に上方から挿入される方式でプレート２０に当接するように設置されてもよい。従来技術においては、固定コアがプレートの下部に溶接結合などの固定方式で設置されていて可動コアとの衝突時に騒音が発生していたが、本発明においては、それを低減するために、固定コア４０がプレート２０の上部に嵌合方式で設置されていて上方に移動できるようにする。

このように固定コア４０の移動を可能にする一例として、プレート２０の貫通孔２１には段部２１ａが形成され、固定コア４０の上部には段部２１ａに載置可能なフランジ部４１が形成され、フランジ部４１が段部２１ａに載置される方式で設置されるようにしてもよい。すなわち、固定コア４０は、プレート２０の上部に載置されて上方に移動可能にしてもよい。よって、可動コア４５による衝撃が加わると、固定コア４０が上方に若干移動して衝撃量と騒音を低減することができる。
固定コア４０は、従来技術とは異なり、プレート２０の下部に溶接結合されるのではなく、上方に移動可能に設置されることにより、オン動作時に発生する衝撃量を低減することができる。

絶縁プレート２５とプレート２０間には、オン動作時に固定コア４０と可動コア４５間で発生する騒音を低減するために騒音防止パッド３５が設けられる。騒音防止パッド３５は、固定コア４０及びプレート２０の上部に設けられてもよい。騒音防止パッド３５が固定コア４０の上部に設けられた場合、固定コア４０が上方に移動するときに騒音防止パッド３５により衝撃が吸収されて騒音が低減される。オン動作時に固定コア４０がプレート２０から少し離隔して騒音防止パッド３５を押し付けた状態を図３に示す。

騒音防止パッド３５は、ゴム又は軟質の合成樹脂などの材料からなるようにしてもよい。騒音防止パッド３５は、騒音や衝撃の吸収に適した材料からなるようにしてもよい。また、騒音防止パッド３５は、絶縁プレート２５の装着凹部２６に挿入設置されるようにしてもよい。ここで、騒音防止パッド３５の厚さは、装着凹部２６の深さより厚く（大きく）してもよい。こうすることにより、騒音防止パッド３５は、絶縁プレート２５と固定コア４０間で押し付けられるように設けられ、固定コア４０を安定して加圧することができる。

さらに、騒音防止パッド３５の広さ（直径）は、固定コア４０のフランジ部４１の広さ（直径）より広く（大きく）してもよい。こうすることにより、固定コア４０の衝撃を全面的に吸収するようにすることができる。

シャフト５０は、貫通孔２１を貫通するように設置され、上端が可動接点１２に固定される。シャフト５０は、下端が可動コア４５に固定結合されて可動コア４５の移動に伴って移動する。シャフト５０は、固定コア４０、騒音防止パッド３５及び絶縁プレート２５を貫通して摺動可能に挿入設置され、可動接点１２に固定される。シャフト５０の一部には突出部５１が形成され、突出部５１にはコンタクトスプリング３０が設けられる。

シャフト５０の突出部５１の下方には弾性部材５５が設けられてもよい。シャフト５０の突出部５１の下方に弾性部材５５が設けられることにより、遮断（オフ）時の衝撃が吸収される。

リターンスプリング４４は、可動コア４５の復帰をサポートするために設けられる。リターンスプリング４４は、圧縮コイルばねで構成されてもよい。リターンスプリング４４は、下端が可動コア４５の上部に形成されたスプリング孔４６に固定され、上端が固定コア４０の下部に形成されたスプリング孔（図示せず）に固定されるようにしてもよい。リターンスプリング４４の他の設置例として、リターンスプリング４４は、固定コア４０のシャフト孔４２を貫通して上端が騒音防止パッド３５に固定されるようにしてもよい。

ここで、リターンスプリング４４のばね定数は、コンタクトスプリング３０のばね定数より大きくなるように設定してもよい。こうすることにより、遮断時にリターンスプリング４４の復元力によるシャフト５０の下降を迅速にすることができる。

図１及び図２を参照して本発明の一実施形態による直流リレーのオン動作を説明すると次の通りである。

図１のような遮断状態で外部電源が入力されると、コイル６３の周辺に磁場が発生し、固定コア４０が磁化される。固定コア４０の磁気吸引力により可動コア４５が固定コア４０に引き寄せられて衝突する。このとき、可動コア４５が固定コア４０に接触して発生する衝撃は固定コア４０が騒音防止パッド３５を圧縮しながら所定距離上昇する過程で一部吸収されてその衝撃量が減少し、それにより騒音が低減される（図３参照）。

図４は本発明の他の実施形態による直流リレーの構造図である。本実施形態においては、絶縁プレート２５の中央部に段差孔１２７が形成される。段差孔１２７の上部にはシャフト５０の突出部５１が載置される。段差孔１２７の内部には騒音防止パッド１３５が設けられる。

また、騒音防止パッド１３５は、フランジ状に形成され、上面にはシャフト５０の突出部５１が載置され、下面には固定コア１４０の上面が接する。騒音防止パッド１３５は、二重の材質、例えば、上部１３５ａは硬質のゴムなどからなり、下部１３５ｂは軟質のゴムなどからなるようにしてもよい。こうすることにより、剛性と弾性を共に有するようにすることができる。

さらに、固定コア１４０の上部にはフランジ部１４１が形成され、固定コア１４０の上部の中央部には挿入凹部１４２が形成されており、騒音防止パッド１３５の一部の挿入設置が可能である。

図５は本発明のさらに他の実施形態による直流リレーの構造図である。本実施形態においては、固定コア２４０の上面に年輪のような形態で複数の円周溝２４１が形成される。こうすることにより、固定コア２４０の上面の面積を広くすることができる。それにより、騒音防止パッド２３５との接触面積が広くなり、騒音の吸収に有利になる。同図において、符号２４２はシャフト孔である。

図６は本発明のさらに他の実施形態による直流リレーの構造図である。本実施形態においては、絶縁プレート３２５の装着凹部３２６の直径とプレート３２０の貫通孔３２１の直径とを同一にしてもよい。また、騒音防止パッド３３５は、固定コア４０のフランジ部４１を覆う形態で形成される。それにより、衝撃の吸収及び振動の吸収が容易になる。

本発明の一実施形態による直流リレーにおいては、固定コアがプレートの上方から挿入設置され、上方に移動できるように遊びを確保しており、オン動作時に可動コアとの衝撃が緩和されて騒音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。

本発明は、直流リレーに利用することが可能である。

１０ アークチャンバ
１１ 固定接点
１２ 可動接点
１５ 密封用カバー部材
２０ プレート
２１ 貫通孔
２１ａ 段部
２５ 絶縁プレート
２６ 装着凹部
３０ コンタクトスプリング
３５ 騒音防止パッド
４０ 固定コア
４１ フランジ部
４２ シャフト孔
４４ リターンスプリング
４５ 可動コア
４６ スプリング孔
５０ シャフト
５１ 突出部
５５ 弾性部材
６０ アクチュエータ
６１ ヨーク
６２ ボビン
６３ コイル

Claims (7)

1. フレームの一側に固定設置された一対の固定接点と、
   前記一対の固定接点の下方に直線運動可能に設置され、前記一対の固定接点に接離する可動接点と、
   前記可動接点の下方に設置された絶縁プレートと、
   前記可動接点と前記絶縁プレート間に備えられたコンタクトスプリングと、
   前記絶縁プレートの下部に設置され、中央部に貫通孔を有するプレートと、
   前記貫通孔を通り前記プレートに当接するように設置され、中心にシャフト孔を有する固定コアと、
   前記固定コアと前記絶縁プレート間に備えられた騒音防止パッドと、
   前記固定コアの下方に直線運動可能に設置された可動コアと、
   前記貫通孔を貫通するように設置され、上端が前記可動接点に固定され、下端が前記可動コアに結合されたシャフトと、を含み、
   前記絶縁プレートの下部は、前記騒音防止パッドの一部が挿入された装着凹部を有し、
   前記騒音防止パッドの高さは、前記装着凹部の深さより高い、直流リレー。
2. フレームの一側に固定設置された一対の固定接点と、
   前記一対の固定接点の下方に直線運動可能に設置され、前記一対の固定接点に接離する可動接点と、
   前記可動接点の下方に設置された絶縁プレートと、
   前記可動接点と前記絶縁プレート間に備えられたコンタクトスプリングと、
   前記絶縁プレートの下部に設置され、中央部に貫通孔を有するプレートと、
   前記貫通孔を通り前記プレートに当接するように設置され、中心にシャフト孔を有する固定コアと、
   前記固定コアと前記絶縁プレート間に備えられた騒音防止パッドと、
   前記固定コアの下方に直線運動可能に設置された可動コアと、
   前記貫通孔を貫通するように設置され、上端が前記可動接点に固定され、下端が前記可動コアに結合されたシャフトと、を含み、
   前記固定コアの上面は、複数の円形溝部を有する、直流リレー。
3. 前記絶縁プレートの下部は、前記騒音防止パッドの一部が挿入された装着凹部を有することを特徴とする、請求項２に記載の直流リレー。
4. 前記騒音防止パッドの高さは、前記装着凹部の深さより高いことを特徴とする、請求項３に記載の直流リレー。
5. 前記固定コアは、上面にフランジ部を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の直流リレー。
6. 前記騒音防止パッドの面積は、前記固定コアの上面より広いことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の直流リレー。
7. 前記騒音防止パッドは、前記フランジ部を覆うことを特徴とする、請求項５に記載の直流リレー。

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