JP6877579B2 - リレー - Google Patents

Description

本発明は、リレーに関する。リレーは、少なくとも２つのスイッチング状態を有し、電流によって駆動され、電磁的に作用するスイッチである。

リレーが閉じられたスイッチング状態にある場合、固定接点と可動要素との間で電気回路が閉じられ、電流が流れることができる。固定接点と可動要素との間の接触部位では、その他の配線と比較して接触抵抗が高められている。それに応じて、接触部位では大きな損失が生じ、その結果として、損失熱及び少なからぬ熱が生成され得る。特に、閉鎖されたハウジングの内部で又は高い周囲温度の下でリレーを使用する場合、そのような損失熱は妨害的に作用し得る。なぜなら、場合によっては手間のかかる冷却が必要となる可能性があるからである。

したがって、本発明の課題は、例えば、損失熱の発生を制限することができる改良されたリレーを提供することである。特に、損失熱の発生は、そのための冷却の使用を要することなく、回避されるか又は少なくとも低減されるべきである。

この課題は、請求項１によるリレーによって解決される。

第１の接点、第２の接点及び可動要素を備えるリレーが提案される。可動要素は、閉じられた位置及び開かれた位置にあることができる。閉じられた位置において、可動要素は、第１の接点を電気的に第２の接点に接続する。可動要素が開かれた位置に配置されているとき、第１の接点と第２の接点とは電気的に互いに絶縁されている。リレーは、少なくとも１つのバイメタルストリップを備え、当該バイメタルストリップは、温度上昇の際に変形するように構成されていると共に、その変形の後に可動要素を第１及び第２の接点に対して押し付けるように配置されている。ここで、バイメタルストリップは、特に有利には、可動要素を変形させることなく、当該可動要素を第１及び第２の接点に対して押し付けることができる。換言すれば、バイメタルストリップのみが変形し、可動要素は変形しない。

可動要素が、少なくとも１つのバイメタルストリップによって第１及び第２の接点に押し付けられると、それによって、可動要素と接点との間の接触圧力が高められ得る。接触圧力が高められると、接点と可動要素との間の接触抵抗が低下する。したがって、可動要素が少なくとも１つのバイメタルストリップによって接点に押し付けられると、発生する損失はより小さくなり得る。より小さな損失によって、接点と可動要素との間の移行部で発生する熱はより少なくなり、それによって、リレーの過剰な加熱が回避され得る。

さもなければ、持続する過剰な加熱によって接点の表面が焼損する可能性があり、それによって、リレーは破損し、リレーの寿命は制限されるであろう。したがって、少なくとも１つのバイメタルストリップの使用、及び、それによって可能とされる接触力の増大により、リレーの寿命が改善され得る。

バイメタルストリップは、互いに材料結合又は形状結合された、異なる金属の２つの層を備えることができる。バイメタルストリップは、温度変化の際にその形状が変化するように構成されている。形状の変化の原因は、使用される金属の異なる熱膨張係数である。

バイメタルストリップは、非変形状態とも称され得る休止状態を有することができる。バイメタルストリップは、その温度が活性化温度より低いとき、休止状態にあることができる。バイメタルストリップは、更に、変形状態とも称され得るアクティブ状態を有することができる。バイメタルストリップは、その温度がその活性化温度を超えているとき、アクティブ状態にあることができる。アクティブ状態において、バイメタルストリップは、温度上昇に起因して変形している可能性がある。活性化温度は、通常の室温２１℃より高くてもよい。バイメタルストリップの活性化温度は、例えば４５℃〜５５℃であってもよい。

少なくとも１つのバイメタルストリップは、温度上昇の後に変形するように構成されている。この場合、変形は、バイメタルストリップの温度が上述した活性化温度を超えるときに生じ得る。温度上昇は、可動要素の接点との接触部位においてリレーを通じて流れる電流によって発生する損失熱により引き起こされ得る。

可動要素は、接点に対して可動であってもよい。可動要素は、ブリッジであってもよい。可動要素は、磁石によって移動され得るアーマチュアと機械的に結合されていてもよい。

リレーは磁石を備えていてもよく、当該磁石は、スイッチオンされたとき、可動要素を開かれた位置から閉じられた位置へ移動させるように構成されている。磁石は、更に、スイッチオフされたとき、可動要素を閉じられた位置から開かれた位置へ移動させるように構成されていてもよい。

磁石は、電磁石であってもよい。磁石は、ソレノイドであってもよい。磁石がスイッチオンされると、磁石は可動要素に力を及ぼすことができ、その力に起因して、可動要素は、閉じられた位置へ移動される。磁石は、機械的に、例えばバネ付き連結部を介して可動要素と連結されたアーマチュアに力を及ぼすことができる。磁石がスイッチオフされると、可動要素は、閉じられた位置から開かれた位置へ移動され得る。

磁石は、スイッチオンされている限り可動部材をその閉じられた位置に保持するように構成されていてもよい。温度上昇の結果として少なくとも１つのバイメタルストリップが変形した後、バイメタルストリップは、可動要素に追加の力を及ぼすことができ、この力は、可動要素を閉じられた位置に保持することに寄与すると共に、可動要素を接点に押し付ける接触力を高めるという結果をもたらす。

少なくとも１つのバイメタルストリップの第１の端部は、可動要素に固定されていてもよい。それに応じて、バイメタルストリップは、可動要素に直接的に力を及ぼすことができる。

可動要素は、第１及び第２の接点の方を向いた上面と、上面と対向する下面とを備えていてもよい。上面の上には、可動要素の閉じられた位置において第１の接点と直接的に電気的に接触しているように構成された接触要素が配置されていてもよく、この場合、少なくとも１つのバイメタルストリップの第１の端部は、可動要素の下面上で接触要素の下方に配置されている。例えば、可動要素の上面及び下面に垂直な面法線は、接触要素及び第１の接点の両方と交差する。少なくとも１つのバイメタルストリップの第１の端部が接触要素のすぐ近くに配置されている場合、接触要素と第１の接点との間で生じる損失熱は、少なくとも１つのバイメタルストリップに迅速に到達し、したがって、少なくとも１つのバイメタルストリップの温度の上昇につながる。バイメタルストリップは、第１の接点の接触要素への接触部位のより近くに取り付けられているほど、発生する損失熱に対してより敏感に反応することができる。

少なくとも１つのバイメタルストリップの第２の端部は、拘束されていなくてもよい。それに応じて、第２の端部は、別の要素に強固に固定されていなくてもよい。バイメタルストリップの変形の際、第２の端部の位置は、第１の端部に対して変化し得る。

リレーは、機械的なストッパを備えていてもよい。少なくとも１つのバイメタルストリップは、可動要素が閉じられた位置に配置されている場合、温度上昇の結果として少なくとも１つのバイメタルストリップが変形した後に、少なくとも１つのバイメタルストリップの第２の端部がストッパに接触するように配置されている。この場合、ストッパへの接触は、バイメタルストリップがストッパと可動要素との間に挟み込まれていることを意味する。その際、バイメタルストリップは可動要素に力を及ぼし、この力によって、可動要素と接点との間の接触力が増大する。

機械的なストッパは、バネ付き連結部を介して可動要素と連結されたアーマチュアに配置されていてもよい。アーマチュアは、磁石によって移動されるように構成されていてもよい。その際、アーマチュア、及び、したがって機械的なストッパは、可動要素よりも大きな距離だけ移動され得る。

閉じられた位置にある可動要素を第１及び第２の接点に対して押し付ける接触力は、可動要素が閉じられた位置にあり、少なくとも１つのバイメタルストリップが温度上昇の結果として変形していない場合、バネ付き連結部のバネ定数によって決定され得る。接触力は、可動要素が閉じられた位置にあり、少なくとも１つのバイメタルストリップが温度上昇の結果として変形している場合、少なくとも１つのバイメタルストリップの押し付け圧力によって決定され得る。この場合、少なくとも１つのバイメタルストリップの押し付け圧力によって決定される接触力は、バネ定数によって決定される接触力より大きくてもよい。したがって、少なくとも１つのバイメタルストリップが変形した場合、より大きな接触力の結果として、接点と可動要素との間の接触抵抗は、低減され得る。接触抵抗が低減すると、損失が小さくなり、したがって、損失熱による加熱が小さくなる。

少なくとも１つのバイメタルストリップは、変形後に、閉じられた位置にある可動要素を第１及び第２の接点に対して押し付ける接触力を増大させるように配置されていてもよい。それに応じて、バイメタルストリップの変形後に、可動要素と接点との間の接触力を増大させることができ、その結果、損失熱は低減され、リレーの過剰な加熱が回避され得る。

少なくとも１つのバイメタルストリップは、MnCu18Ni10を含む層及びFeNi36を含む層を備えていてもよく、あるいは、これらの２つの層から成っていてもよい。その際、MnCu18Ni10を含む層は、バイメタルストリップのアクティブな要素を形成することができる。

リレーは、２つのバイメタルストリップを備えていてもよい。この場合、第１のバイメタルストリップは第１の接点のすぐ近くに、第２のバイメタルストリップは第２の接点のすぐ近くに、それぞれ配置されていてもよい。全体的に、少なくとも１つのバイメタルストリップに関連して開示された特徴は、２つのバイメタルストリップにも適合し得る。別の代替的な実施形態において、リレーは、それぞれが可動要素に固定されていてもよい２つより多くのバイメタルストリップを含むことができる。

以下において、本発明が、図面に基づいて詳細に説明される。

開かれた状態にあるリレーを示している。 閉じられた状態にあるリレーを示しており、ここではバイメタルストリップは休止状態にある。 閉じられた状態にあるリレーを示しており、ここではバイメタルストリップはアクティブ状態にある。

図１は、開かれた状態にあるリレー１を示している。リレー１がその開かれた状態にある場合、電流がリレー１を通じて流れることはできない。

リレー１は、第１の接点２及び第２の接点３を備えている。更に、リレー１は、開かれた位置又は閉じられた位置にあることができる可動要素４を備えている。図１は、開かれた位置にある可動要素４を示している。開かれた位置において、可動要素４は、第１の接点２を電気的に第２の接点３と接続しない。リレー１の開かれた状態において、可動要素４はその開かれた位置にある。リレー１の閉じられた状態において、可動要素４はその閉じられた位置にある。

可動要素４は、第１の接点２及び第２の接点３の方を向いた上面５を備えている。可動要素４の上面５の上には、第１の接触要素６及び第２の接触要素７が配置されている。可動要素４がその開かれた位置にある場合、第１の接点２と可動要素４の第１の接触要素６は、ギャップ８によって互いに分離されている。更に、第２の接点３と第２の接触要素７も、ギャップ８によって互いに分離されている。それにより、第１の接点２と第２の接点３は、電気的に互いに絶縁されている。

リレー１は、更に、アーマチュア９と、当該アーマチュア９を移動させるように構成された磁石１０と、を備えている。磁石１０は、スイッチオン及びオフされることができる電磁石である。磁石１０は、ソレノイドである。

アーマチュア９は、第１の状態及び第２の状態をとることができる。図１は、第１の状態にあるアーマチュア９を示している。アーマチュア９がその第１の状態にある場合、リレー１は開かれた状態にある。アーマチュア９が、図２に示されているように、第２の状態にある場合、リレー１は閉じられた状態にある。

アーマチュア９は、金属材料を含んでいる。磁石１０がスイッチオンされると、磁石１０によって生成された磁界がアーマチュア９に力を及ぼし、この力は、アーマチュア９を、図１に示された第１の状態から、図２に示された第２の状態へ移動させる。

アーマチュア９は、機械的なバネを備えるバネ付き連結部１１を介して、可動要素４と機械的に連結されている。アーマチュア９が、磁石１０のスイッチオンの結果としてその第２の状態に移動されると、可動要素４も移動する。その際、バネ付き連結部１１は圧縮され、こうしてアーマチュア９の移動の一部を吸収する。その結果、可動要素４は、アーマチュア９よりも小さな距離だけ移動する。磁石１０がスイッチオンされると、アーマチュア９及び可動要素４は、第１及び第２の接点２、３へ向かう方向に移動する。

上面５と対向する可動要素４の下面１２には、２つのバイメタルストリップ１３、１３ａが配置されている。２つのバイメタルストリップ１３、１３ａの各々は、第１の材料を含む層と、第２の材料を含む層とを備え、これらの層は互いに結合されている。第１及び第２の材料は、それらの熱膨張係数において異なっている。例えば、第１の材料はMnCu18Mi10であることができ、第２の材料はFeNi36であることができる。バイメタルストリップ１３、１３ａが温度変化に晒されると、それらは２つの層の異なる熱膨張係数の結果として、変形する。

２つのバイメタルストリップ１３、１３ａの各々は、休止状態及びアクティブ状態にあることができる。温度変化によって、バイメタルストリップ１３、１３ａは、その休止状態からアクティブ状態に移行される。通常の室温２１℃では、バイメタルストリップ１３、１３ａはそれぞれの休止状態にある。温度が上昇し、活性化温度を超えると、バイメタルストリップ１３、１３ａは変形し、それによってそれらの活性状態をとる。温度が低下し、活性化温度を下回ると、バイメタルストリップ１３、１３ａはそれらの休止状態をとる。バイメタルストリップ１３、１３ａのアクティブ状態は、バイメタルストリップ１３、１３ａが変形されている点で、休止状態とは異なる。特に、アクティブ状態における可動要素４の下面１２に垂直な方向におけるバイメタルストリップ１３、１３ａの広がりは、休止状態におけるよりも大きい。

２つのバイメタルストリップ１３、１３ａの各々の第１の端部１４、１４ａは、可動要素４の下面１２に固定されている。その際、第１のバイメタルストリップ１３の第１の端部１４は、可動要素４の上面５の上に配置された第１の接触要素６の下方で固定されている。第２のバイメタルストリップ１３ａの第１の端部１４ａは、第２の接触要素７の真下に配置されている。したがって、接触要素６、７が加熱されると、その際に生じる熱は、バイメタルストリップ１３、１３ａにも十分に到達し、バイメタルストリップ１３、１３ａを加熱することができる。

２つのバイメタルストリップ１３、１３ａの第２の端部１５、１５ａは、拘束されていない。それに応じて、２つのバイメタルストリップ１３、１３ａの第２の端部１５、１５ａは固定されておらず、第１の端部１４、１４ａに対して移動することができる。特に、２つのバイメタルストリップ１３、１３ａの第２の端部１５、１５ａは、可動要素４に固定されていない。更に、２つのバイメタルストリップ１３、１３ａの第２の端部１５、１５ａは、図１で認識され得るように、可動要素４から隔てられていてもよく、したがって、それぞれ第１の端部１４、１４ａよりも可動要素４から更に離れていてもよい。

リレー１は、機械的なストッパ１６を備えている。機械的なストッパ１６は、アーマチュア９に固定されたスリーブによって形成されている。リレー１の開かれた状態において、２つのバイメタルストリップ１３、１３ａの第２の端部１５、１５ａは、それぞれ、ギャップによって機械的なストッパ１６から分離されている。

図２は、閉じられた状態にあるリレー１を示しており、ここでは、バイメタルストリップ１３、１３ａは、それぞれ、変形していない休止状態にある。リレー１の閉じられた状態では、リレー１を通じて電流が流れ得る。磁石１０がスイッチオンされると、磁石１０はアーマチュア９を移動させ、それにより、可動要素４を接点２，３に向かって移動させる。可動要素４は、その閉じられた位置に移行する。閉じられた位置において、第１及び第２の接点２、３は、可動要素４の上に配置された接触要素６、７を介して、互いに電気的に接続されている。それに応じて、電流がリレー１を通じて流れ得る。閉じられた直後、リレー１はまだ加熱されていない。それに応じて、バイメタルストリップ１３、１３ａは変形しておらず、差し当たり休止状態のままである。

リレー１が閉じられ、電流が第１の接点２及び可動要素４を通じて第２の接点３に流れると、第１の接点２と第１の接触要素６との間、あるいは、第２の接点３と第２の接触要素７との間の接触部位に損失が生じる。この損失は、接点２、３と接触要素６、７との間の制限された接触力の結果として生じる。この損失によって、リレー１の加熱につながる熱が発生する。特に、接点２、３、接触要素６、７及びそれらそれぞれの直近の環境は、強く加熱される。それに応じて、バイメタルストリップ１３、１３ａの第１の端部１４、１４ａ、したがってバイメタルストリップ１３、１３ａの全体も、加熱される。

可動要素４と接点２、３との間の接触力は、可動要素４がその閉じられた位置にあり、バイメタルストリップ１３、１３ａが、図２に示されているようにそれらそれぞれの休止状態にある場合、実質的に、バネ付き連結部１１のバネ定数によって決定される。

図３は、閉じられた状態にあるリレー１を示しており、ここでは、バイメタルストリップ１３、１３ａは変形している。バイメタルストリップ１３、１３ａが活性化温度を超えて加熱されると、バイメタルストリップ１３、１３ａの変形が生じる。バイメタルストリップ１３、１３ａの変形の際、それぞれのバイメタルストリップ１３、１３ａの第２の端部１５、１５ａは、可動要素４の下面１２から離れるように移動される。その際、バイメタルストリップ１３、１３ａの第２の端部１５、１５ａは、リレー１の機械的なストッパ１６に衝突し、当該ストッパ１６によって、バイメタルストリップ１３、１３ａの更なる変形が防止される。それにより、バイメタルストリップ１３、１３ａは、機械的なストッパ１６と可動要素４との間で圧縮される。バイメタルストリップ１３、１３ａは、可動要素４に力を及ぼし、この力によって、可動要素４は、第１及び第２の接点２、３の方向に押し付けられる。バイメタルストリップ１３、１３ａによって及ぼされるこの力により、接点２、３における接触力が増大される。図３に示されているように、バイメタルストリップ１３、１３ａは、可動要素４を変形させることなく、可動要素４を第１及び第２の接点２、３に対して押し付ける。したがって、バイメタルストリップ１３、１３ａの変形にもかかわらず、可動要素４は図示のように変形しない。

接触力を増大させることにより、接点２、３と接触要素６、７との間のより良好な接続がもたらされ、その結果、損失が低減され得る。それに応じて、第１の接点２と第１の接触要素６との間、及び、第２の接点３と第２の接触要素７との間の移行部では、発生する熱がより少なくなる。したがって、バイメタルストリップ１３、１３ａは、接点２、３の強すぎる加熱の際に、可動要素４と接点２、３との間の接触圧力を増大させ、このようにして移行部における損失を減少させ、それによって過剰な加熱を制限することを可能にする。

ここで、磁石１０がスイッチオフされることによりリレー１がスイッチオフされると、最初にアーマチュア９がその開かれた位置に戻される。その際、可動要素４も、その開かれた位置に移動される。この段階では、接点２、３と可動要素４との間に電流は流れない。それに応じて、損失に起因する更なる熱は発生しない。したがって、バイメタルストリップ１３、１３ａは冷却され、その結果、短時間の後にそれらの休止状態に戻るように変形される。これにより、図１に示されたリレー１の構成が再び得られる。

１ リレー
２ 第１の接点
３ 第２の接点
４ 可動要素
５ 上面
６ 第１の接触要素
７ 第２の接触要素
８ ギャップ
９ アーマチュア
１０ 磁石
１１ バネ付き連結部
１２ 下面
１３、１３ａ バイメタルストリップ
１４、１４ａ 第１の端部
１５、１５ａ 第２の端部
１６ ストッパ

Claims (11)

1. リレー（１）であって、
   第１の接点（２）と、第２の接点（３）と、閉じられた位置及び開かれた位置に配置され得る可動要素（４）とを備え、
   前記可動要素（４）は、前記閉じられた位置において、前記第１の接点（２）を電気的に前記第２の接点（３）に接続し、
   前記可動要素（４）が前記開かれた位置に配置されているとき、前記第１の接点（２）と前記第２の接点（３）とは電気的に互いに絶縁されており、
   前記リレー（１）は、少なくとも１つのバイメタルストリップ（１３）を備え、前記バイメタルストリップ（１３）は、温度上昇の際に変形するように構成されていると共に、その変形の後に前記可動要素（４）を前記第１及び第２の接点（２、３）に対して押し付けるように配置されており、その際、前記バイメタルストリップ（１３）のみが変形し、前記可動要素（４）は変形しない、リレー（１）。
2. 前記リレー（１）は磁石（１０）を備え、前記磁石（１０）は、当該磁石（１０）がスイッチオンされたとき、前記可動要素（４）を前記開かれた位置から前記閉じられた位置へ移動させるように構成されている、請求項１に記載のリレー（１）。
3. 前記少なくとも１つのバイメタルストリップ（１３）の第１の端部（１４）は、前記可動要素（４）に固定されている、請求項１又は２に記載のリレー（１）。
4. 前記可動要素（４）は、前記第１及び第２の接点（２、３）の方を向いた上面（５）と、前記上面（５）と対向する下面（１２）とを備え、
   前記上面（５）の上には接触要素（６）が配置されており、前記接触要素（６）は、前記可動要素（４）の前記閉じられた位置において、直接的に前記第１の接点（２）と電気的に接触するように構成されており、
   前記少なくとも１つのバイメタルストリップ（１３）の前記第１の端部は、前記可動要素（４）の前記下面（１２）の上において、前記接触要素（６）の下方に配置されている、請求項３に記載のリレー（１）。
5. 前記少なくとも１つのバイメタルストリップ（１３）の第２の端部（１５）は、拘束されていない、請求項１〜４のいずれか１項に記載のリレー（１）。
6. 前記リレー（１）は、機械的なストッパ（１６）を備え、
   前記少なくとも１つのバイメタルストリップ（１３）は、前記可動要素（４）が前記閉じられた位置に配置されている場合、前記温度上昇の結果として前記少なくとも１つのバイメタルストリップ（１３）が変形した後に、前記少なくとも１つのバイメタルストリップ（１３）の前記第２の端部が前記ストッパ（１６）に接触するように配置されている、請求項５に記載のリレー（１）。
7. 前記機械的なストッパ（１６）は、バネ付き連結部（１１）を介して前記可動要素（４）と連結されたアーマチュア（９）に配置されている、請求項６に記載のリレー（１）。
8. 前記閉じられた位置にある前記可動要素（４）を前記第１及び第２の接点（２、３）に対して押し付ける接触力は、前記可動要素（４）が前記閉じられた位置にあり、前記少なくとも１つのバイメタルストリップ（１３）が温度上昇の結果として変形していない場合、前記バネ付き連結部（１１）のバネ定数によって決定され、
   前記接触力は、前記可動要素（４）が前記閉じられた位置にあり、前記少なくとも１つのバイメタルストリップ（１３）が温度上昇の結果として変形している場合、前記少なくとも１つのバイメタルストリップ（１３）の押し付け圧力によって決定される、請求項７に記載のリレー（１）。
9. 前記少なくとも１つのバイメタルストリップ（１３）は、変形後に、前記閉じられた位置にある前記可動要素（４）を前記第１及び第２の接点（２、３）に対して押し付ける接触力を増大させるように配置されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のリレー（１）。
10. 前記少なくとも１つのバイメタルストリップ（１３）は、MnCu18Mi10を含む層及びFeNi36を含む層を備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載のリレー（１）。
11. 前記リレー（１）は２つのバイメタルストリップ（１３、１３ａ）を備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のリレー（１）。

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