JP7223119B2

JP7223119B2 - 直流リレー

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Publication number: JP7223119B2
Application number: JP2021508306A
Authority: JP
Inventors: ユ、ジョンウ
Original assignee: LS Electric Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2023-02-15
Anticipated expiration: 2039-08-13
Also published as: JP2021536100A; KR20200000311A; EP3846193A4; EP3846193B1; CN210182304U; US20210193421A1; WO2020045859A1; EP3846193A1; ES2981882T3; US11574784B2

Description

本発明は、直流リレーに関し、より詳細には、接圧力が向上した可動子アセンブリを有する直流リレーに関する。

一般に、直流リレー（Direct Current Relay）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り、各種産業用設備、機械、車両などに設置されている。

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、この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１は従来技術による直流リレーの内部構造図である。

直流リレーは、上部フレーム１及び下部フレーム２で構成されるケース１、２と、前記ケースの内部に備えられるミドルプレート９と、ミドルプレート９の上方に設置される接点部３、４及び消弧部８と、ミドルプレート９の下方に設置されるアクチュエータ７とを含む。ここで、アクチュエータ７は、電磁石の原理により作動する装置である。

上部フレーム１の上面には、接点部３、４の固定接点３が露出し、負荷又は電源が接続される。

上部フレーム１の内部には、接点部３、４と消弧部８が設けられる。接点部３、４は、上部フレーム１に固設される固定接点３と、アクチュエータ７により可動して固定接点３に接離する可動接点４とからなる。通常、消弧部８は、セラミック材料で形成される。消弧部８は、アークチャンバ（arc chamber）ともいう。消弧部８の内部には、アーク消弧のために消弧用ガスが充填される。

接点部３、４の遮断時（分離時）に発生するアーク（Arc）を効果的に制御するために、永久磁石（図示せず）が備えられる。永久磁石は、接点部の周辺に設置され、磁場を発生させて急激な電気の流れであるアークを制御する。永久磁石を固定するために、永久磁石ホルダ６が備えられる。

アクチュエータは、電磁石の原理を利用して作動するものであり、固定コア７ａと、可動コア７ｂと、可動軸７ｃと、復帰スプリング７ｄとを含む。固定コア７ａと可動コア７ｂをシリンダ７ｅが覆っている。シリンダ７ｅと消弧部８は、密閉された空間を形成する。

シリンダ７ｅの周辺にはコイル７ｆが備えられ、制御電源が供給されると周辺に電磁力を発生させる。固定コア７ａは、コイル７ｆから発生する電磁力により励磁（magnetized）され、可動コア７ｂは、固定コア７ａの磁力により吸引される。よって、可動コア７ｂに結合された可動軸７ｃ及び可動軸７ｃの上部に結合された可動接触子４が共に動いて固定接触子３に接触し、回路が通電状態となる。復帰スプリング７ｄは、コイルの制御電源遮断時に可動コア７ｂが初期位置に復帰する付勢力を与える。

しかし、従来技術による直流リレーにおいては、固定接触子と可動接触子間に電磁反発力が発生し、それにより互いに分離する方向に力が働く。このような電磁反発力による意図しない分離を防止するために、可動接触子４が接圧スプリング５により接圧力を受けるようにする。すなわち、固定接触子３と可動接触子４間の距離より固定コア７ａと可動コア７ｂ間の距離のほうが長く設定され、可動コアのオーバートラベル（over travel）により可動接触子が接圧力を受ける。しかし、その接圧力より強い電磁反発力が発生すると、依然として接点部が分離する恐れがある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、接圧力が向上した可動子アセンブリを有する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、一対の固定接触子と、電磁力により上下運動して前記一対の固定接触子に接離する可動接触子とを含む直流リレーにおいて、前記可動接触子の上方及び下方にそれぞれ備えられる上部ヨーク及び下部ヨークと、前記下部ヨークの下方に備えられる接圧スプリングとを含み、前記接圧スプリングは、前記下部ヨークを加圧して前記可動接触子を運動させることを特徴とする。

ここで、前記直流リレーは、前記可動接触子、前記上部ヨーク及び前記下部ヨークを支持する可動子支持台と、前記可動子支持台の上部に固定される可動子ホルダとをさらに含むことを特徴とする。

さらに、前記可動子支持台は、第１平板部と、前記第１平板部の両側端から上方に突設され、前記可動子ホルダが固定されるアーム部とから構成されることを特徴とする。

さらに、前記第１平板部の上部には、前記接圧スプリングの下端を支持するスプリング支持部が突設されることを特徴とする。

さらに、前記可動子支持台の下面には、ミドルプレートの中央孔に挿入される挿入部が突設されることを特徴とする。

さらに、前記可動子ホルダは、第２平板部と、前記第２平板部の両端からそれぞれ下方に折曲形成される側面部とを有することを特徴とする。

さらに、前記可動子ホルダの左、右側面には、前記上部ヨークが挿入されるスカート部が形成されることを特徴とする。

さらに、前記下部ヨークは、第３平板部と、前記第３平板部の両端から上方に折曲形成される翼部とから構成されることを特徴とする。

さらに、前記上部ヨークの前、後端部には、前記翼部が結合される結合溝がそれぞれ形成されることを特徴とする。

さらに、前記可動接触子の前、背面には、前記翼部が挿入される支持溝が形成されることを特徴とする。

さらに、前記下部ヨークの下面には、前記接圧スプリングの上端部を固定する支持突起が形成されることを特徴とする。

さらに、前記上部ヨークは、前記可動子ホルダの上方又は下方に配置されることを特徴とする。

本発明の他の態様による直流リレーは、一対の固定接触子と、アクチュエータにより上下運動し、前記一対の固定接触子に接離して回路を通電又は遮断する可動子アセンブリとを含み、前記可動子アセンブリは、シャフトにより前記アクチュエータに連結される可動子支持台と、前記可動子支持台の上部に固定される可動子ホルダと、前記可動子ホルダと前記可動子支持台間に設置される可動接触子と、前記可動接触子の上方及び下方にそれぞれ備えられ、電磁力を発生させる上部ヨーク及び下部ヨークと、前記下部ヨークと前記可動子支持台間に備えられ、前記下部ヨークを加圧する接圧スプリングとを含み、前記可動子アセンブリは、上方から下方に、前記上部ヨーク、前記可動子ホルダ、前記可動接触子、前記下部ヨーク、前記接圧スプリング、前記可動子支持台の順序で配置されるか、前記可動子ホルダ、前記上部ヨーク、前記可動接触子、前記下部ヨーク、前記接圧スプリング、前記可動子支持台の順序で配置されることを特徴とする。

本発明の各実施形態による直流リレーによれば、可動接触子に上部ヨーク及び下部ヨークが備えられて電磁反発力が相殺されるので、意図しない接点部の分離が発生しない。

従来技術による直流リレーの内部構造図である。本発明の一実施形態による直流リレーの内部構造図である。図２に示す可動子アセンブリの側面図である。図３に示す可動子アセンブリの分解斜視図である。本発明の他の実施形態による直流リレーに用いられる可動子ホルダの斜視図である。本発明のさらに他の実施形態による直流リレーに用いられる可動子アセンブリの側面図である。本発明のさらに他の実施形態による直流リレーに用いられる可動子アセンブリの分解斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明するが、これらは本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が発明を容易に実施することができるよう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及び範囲を限定するものではない。

図２は本発明の一実施形態による直流リレーの内部構造図であり、図３は図２に示す可動子アセンブリの側面図であり、図４は図３に示す可動子アセンブリの分解斜視図である。図面を参照して、本発明の各実施形態による直流リレーについて詳細に説明する。

本発明の一実施形態による直流リレーは、一対の固定接触子１１４と、電磁力により上下運動して一対の固定接触子１１４に接離する可動接触子１５０とを含む直流リレーにおいて、可動接触子１５０の上方及び下方にそれぞれ備えられる上部ヨーク１３１及び下部ヨーク１３５と、下部ヨーク１３５の下方に備えられる接圧スプリング１５５とを含み、接圧スプリング１５５は、下部ヨーク１３５を加圧して可動接触子１５０を運動させることを特徴とする。

フレーム１１１、１１２は、構成要素を内蔵して保護及び支持することのできる箱状のケースで形成される。フレーム１１１、１１２は、上部フレーム１１１と、下部フレーム１１２とから構成される。

アークチャンバ（arc chamber）１１３は、下面が開放された箱状に形成され、上部フレーム１１１の内部に設置される。アークチャンバ１１３は、遮断時に接点部１１４、１５０から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。例えば、アークチャンバ１１３は、セラミック材質で作製される。アークチャンバ１１３は、ミドルプレート１７０の上方に固設される。

固定接触子（fixed contact）１１４は、一対で備えられ、アークチャンバ１１３に固設される。固定接触子１１４は、上部フレーム１１１に露出する。固定接触子１１４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。

可動接触子（moving contact）１５０は、所定の長さの板状体で形成され、一対の固定接触子１１４の下方に設置される。可動接触子１５０は、可動子アセンブリ１３０に設置されて一体となって動く。可動接触子１５０は、下部フレーム１１２の内部に設置されるアクチュエータ１６０により上下に直線運動することができ、固定接触子１１４に接離して回路を接続又は遮断する。

接点部１１４、１５０の遮断時（分離時）に発生するアーク（Arc）を効果的に制御するために、永久磁石（図示せず）が備えられる。永久磁石は、接点部１１４、１５０の周辺に設置され、磁場を発生させて急激な電気の流れであるアークを制御する。永久磁石を固定するために、永久磁石ホルダ１１５が設けられる。

可動子アセンブリ１３０、すなわち可動接触子１５０を動作させるために、アクチュエータ１６０が設けられる。アクチュエータ１６０は、Ｕ字状に形成されて磁路（a magnetic circuit）を形成するヨーク１６１と、ヨーク１６１の内部に設置されるボビン１６２に巻回され、外部電源が供給されると磁場を発生するコイル１６３と、コイル１６３の内部に固設され、コイル１６３が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１６５と、固定コア１６５の下方に直線運動可能に設置され、固定コア１６５の磁気吸引力により固定コア１６５に接離する可動コア１６７と、下端が可動コア１６７に結合され、上端が可動接触子１５０に摺動可能に貫挿されるシャフト１５７と、固定コア１６５と可動コア１６７間に設置され、可動コア１６７を下方に復帰させるリターンスプリング１６９と、固定コア１６５、可動コア１６７及びリターンスプリング１６９を収容するシリンダ１６８とを含む。

アクチュエータ１６０とアークチャンバ１１３間には、ミドルプレート１７０が備えられる。ミドルプレート１７０は、ヨーク１６１の上方に設置され、磁性体で形成されてヨーク１６１と共に磁路を形成する。ミドルプレート１７０は、上側のアークチャンバ１１３及び下側のアクチュエータ１６０がそれぞれ設置される支持板の役割も果たす。ミドルプレート１７０の下部に、シリンダ１６８が密封結合される。

ミドルプレート１７０とアークチャンバ１１３間には、密封用部材１７２が備えられる。すなわち、アークチャンバ１１３の下部周囲に沿って密封用部材１７２が備えられ、アークチャンバ１１３、ミドルプレート１７０（ミドルプレートの中央部の孔）及びシリンダ１６８が形成する空間が密閉されるようにする。

可動子アセンブリ１３０は、シャフト１５７と、可動子支持台１４０と、可動子ホルダ１４５と、可動接触子１５０と、接圧スプリング１５５と、上部ヨーク１３１と、下部ヨーク１３５とを含む。

シャフト１５７は、一文字状の棒やロッドで構成される。シャフト１５７の下端は、可動コア１６７に固設される。よって、シャフト１５７は、可動コア１６７の動作に伴って上下運動をし、可動接触子１５０を固定接触子１１４に接離させる。

シャフト１５７の上端部には、結合部１５８が形成される。結合部１５８は、板状、例えば円板状に形成される。シャフト１５７の結合部１５８は、可動子支持台１４０の内部に固定結合される。シャフト１５７の結合部１５８は、可動子支持台１４０への挿入結合、例えばインサート射出成形により作製される。

可動子支持台１４０は、可動接触子１５０などを支持するために設けられ、シャフト１５７が固設される。可動子支持台１４０は、第１平板部１４１と、第１平板部１４１の両側端から上方に突設されるアーム部（arm）１４２とから構成される。

可動子支持台１４０の第１平板部１４１の上部には、スプリング支持部１４３が突設される。

可動子支持台１４０のアーム部１４２には、可動子ホルダ１４５が固設される。

正面から見ると（図２、図４参照）、第１平板部１４１の（左右方向の）長さは、可動接触子１５０の（左右方向の）長さより小さく形成される。よって、可動接触子１５０の接点は、可動子支持台１４０の両側にそれぞれ露出する。

第１平板部１４１の内面（上面）の（前後方向の）幅は、可動接触子１５０の（前後方向の）幅より小さく形成される。よって、可動子ホルダ１４５が可動子支持台１４０のアーム部１４２に安定して挿入結合される（図３参照）。

可動子支持台１４０の下面には、ミドルプレート１７０の中央孔（符号なし）に挿入される挿入部１４４が突設される。挿入部１４４は、ディスク状に形成される。可動子支持台１４０の下部に挿入部１４４が形成され、ミドルプレート１７０に挿入結合されるので、可動子アセンブリ１３０の安定性が向上する。

可動接触子１５０、上部ヨーク１３１及び下部ヨーク１３５を支持するために、可動子ホルダ１４５が備えられる。

可動子ホルダ１４５は、可動子支持台１４０に固設される。可動子ホルダ１４５は、コ字状に形成される。すなわち、可動子ホルダ１４５は、第２平板部１４６と、両側面部１４７とを有する。両側面部１４７は、第２平板部１４６の両端から下方に折曲形成される。

第２平板部１４６の幅（左右方向の長さ）は、可動接触子１５０の長さより小さく形成される。よって、可動接触子１５０の接点は、可動子ホルダ１４５の両側にそれぞれ露出する。

側面部１４７は、第２平板部１４６に隣接して下方に延びる。側面部１４７は、可動子支持台１４０のアーム部１４２に挿入結合される。

側面部１４７の幅（左右方向の長さ）は、第２平板部１４６の幅と同じ幅に形成される。

側面部１４７には、孔１４８が形成される。よって、インサート射出時の結合力を向上させることができる。

上部ヨーク１３１は、可動子ホルダ１４５の下方に設置される。上部ヨーク１３１は、平板で形成される。上部ヨーク１３１の幅は、可動子ホルダ１４５の幅と同じ幅に形成される。

上部ヨーク１３１の下面には、下部ヨーク１３５を結合する結合溝１３２が形成される。結合溝１３２は、前、後端部にそれぞれ形成される。

可動接触子１５０は、上部ヨーク１３１の下面に接触するように設置される。上部ヨーク１３１及び可動接触子１５０は、可動子ホルダ１４５に固定されておらず、分離することができる。よって、可動子アセンブリ１３０が上方に移動すると、可動接触子１５０が第２平板部１４６から分離され、接圧スプリング１５５による接圧力を受けて固定接触子１１４に密着する。

可動接触子１５０の前、背面には、支持溝１５１が形成される。支持溝１５１には、下部ヨーク１３５の翼部１３７が挿入される。

可動接触子１５０は、上側の上部ヨーク１３１と下側の下部ヨーク１３５により囲まれる。

下部ヨーク１３５は、可動接触子１５０の下方に設置される。下部ヨーク１３５は、第３平板部１３６と、第３平板部１３６の両端から上方に折曲形成される翼部１３７とから構成される。

接圧スプリング１５５は、下部ヨーク１３５を介して可動接触子１５０に接圧力を加える。よって、接圧スプリング１５５は、可動接触子１５０に損傷を与えることなく接圧力を加えるので、安全性が向上する。

下部ヨーク１３５の翼部１３７は、可動接触子１５０の支持溝１５１及び上部ヨーク１３１の結合溝１３２にそれぞれ挿入される。よって、上部ヨーク１３１、可動接触子１５０及び下部ヨーク１３５は、可動子ホルダ１４５から分離したとしても、離脱することなく、相互結合力を維持する。

下部ヨーク１３５には、接圧スプリング１５５を装着することのできる支持突起１３８が形成される。接圧スプリング１５５は、下部ヨーク１３５の支持突起１３８に上端が嵌められるので、離脱することなく、動作安定性が向上する。

可動接触子１５０の上方に上部ヨーク１３１が備えられ、かつ可動接触子１５０の下方に下部ヨーク１３５が備えられると、回路の通電状態において、上部ヨーク１３１と下部ヨーク１３５が磁化され、下部ヨーク１３５が上部ヨーク１３１に吸引される力を受ける。よって、可動接触子１５０が上向きの力を受け、接点部１１４、１５０に発生する電磁反発力が相殺される。

接圧スプリング１５５は、下部ヨーク１３５と可動子支持台１４０間に備えられる。接圧スプリング１５５は、可動接触子１５０を支持し、通電時に可動接触子１５０に接圧力を供給するために設けられる。接圧スプリング１５５は、圧縮コイルばねで構成される。

接圧スプリング１５５の上端は、下部ヨーク１３５の支持突起１３８に嵌められ、接圧スプリング１５５の下端は、可動子支持台１４０のスプリング支持部１４３に嵌められるので、安定して維持される。

接圧スプリング１５５は、下部ヨーク１３５に直接接触するので、可動接触子１５０に損傷を与えない。よって、耐久性が向上する。

図５を参照して、本発明の他の実施形態による直流リレーの可動子アセンブリの可動子ホルダについて説明する。

本実施形態の可動子アセンブリにおいて、可動子ホルダ１４５を除く他の構成要素は、前述した実施形態と同一又は類似の形態に形成される。

前述した実施形態とは異なり、可動子ホルダ１４５の左、右側面には、スカート部１４９が形成される。よって、上部ヨーク１３１は、可動子ホルダ１４５の側面部１４７とスカート部１４９により生成された空間に挿入される。従って、下部ヨーク１３５は、上下移動したとしても、可動子ホルダ１４５のスカート部１４９から完全に抜け出すことはない。よって、下部ヨーク１３５は離脱しない。

図６、図７を参照して、本発明のさらに他の実施形態による直流リレーの可動子アセンブリの可動子ホルダについて説明する。

本実施形態の可動子アセンブリにおいて、可動子ホルダ１４５、上部ヨーク１３１、下部ヨーク１３５を除く他の構成要素は、最初の実施形態と同一又は類似の形態に形成される。

本実施形態においては、上部ヨーク１３１が可動子ホルダ１４５の上方に配置される。すなわち、可動子ホルダ１４５は、上部ヨーク１３１と可動接触子１５０間に配置される。可動子ホルダ１４５と上部ヨーク１３１の各サイズは、適宜変更される。可動子ホルダ１４５の上面には、上部ヨーク１３１の支持部１３３が貫挿される貫通孔１４６ａが形成される。下部ヨークの翼部１３７の各角部から突設される固定突起１３９は、可動子ホルダ１４５の連結溝１４７ａを通過して上部ヨーク１３１の結合溝１３２に嵌合される。可動子ホルダ１４５は、可動接触子１５０に直接接触するので、作動安定性が向上する。

本実施形態と最初の実施形態の主な相違点は配置順序である。最初の実施形態においては、上方から下方に、可動子ホルダ１４５、上部ヨーク１３１、可動接触子１５０、下部ヨーク１３５、可動子支持台１４０の順序で配置されるのに対して、本実施形態においては、上方から下方に、上部ヨーク１３１、可動子ホルダ１４５、可動接触子１５０、下部ヨーク１３５、可動子支持台１４０の順序で配置される。

前述した実施形態は本発明を実現する実施形態であり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な変更及び変形が可能であろう。よって、本発明の実施形態は本発明の技術思想を説明するためのものであり、これらの実施形態に本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。すなわち、本発明の保護範囲は請求の範囲により解釈されるべきであり、それと均等の範囲内にあるあらゆる技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈すべきである。

Claims

一対の固定接触子と、電磁力により上下運動して前記一対の固定接触子に接離する可動接触子とを含む直流リレーにおいて、
前記可動接触子の上方及び下方にそれぞれ備えられる上部ヨーク及び下部ヨークと、
前記下部ヨークの下方に備えられる接圧スプリングと、
前記可動接触子、前記上部ヨーク及び前記下部ヨークを支持する可動子支持台と、
前記可動子支持台の上部に固定される可動子ホルダと、を含み、
前記接圧スプリングは、前記下部ヨークを加圧して前記可動接触子を運動させ、
前記可動子ホルダは、第２平板部と、前記第２平板部の両端からそれぞれ下方に折曲形成される側面部とを有し、
前記可動接触子を上方からみた場合の該可動接触子の長手方向における、前記可動子ホルダの一対の側面には、前記上部ヨークが挿入されるスカート部が形成されることを特徴とする直流リレー。
前記可動子支持台は、第１平板部と、前記第１平板部の両側端から上方に突設され、前記可動子ホルダが固定されるアーム部とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。
前記第１平板部の上部には、前記接圧スプリングの下端を支持するスプリング支持部が突設されることを特徴とする請求項２に記載の直流リレー。
前記可動子支持台の下面には、ミドルプレートの中央孔に挿入される挿入部が突設されることを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。
前記下部ヨークは、第３平板部と、前記第３平板部の両端から上方に折曲形成される翼部とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。
前記可動接触子を上方からみた場合の該可動接触子の短手方向における、前記上部ヨークの両端部には、前記翼部が結合される結合溝がそれぞれ形成されることを特徴とする請求項５に記載の直流リレー。
前記可動接触子を上方からみた場合の該可動接触子の短手方向における、前記可動接触子の一対の面には、前記翼部が挿入される支持溝が形成されることを特徴とする請求項５に記載の直流リレー。
前記下部ヨークの下面には、前記接圧スプリングの上端部を固定する支持突起が形成されることを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。
前記上部ヨークは、前記可動子ホルダの下方に配置されることを特徴とする請求項１に記載の直流リレー。