JP7843887B2

JP7843887B2 - リレー

Info

Publication number: JP7843887B2
Application number: JP2025053961A
Authority: JP
Inventors: 拓治村越
Original assignee: Fujitsu Component Ltd; FCL Components Ltd
Current assignee: FCL Components Ltd
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2025-03-27
Publication date: 2026-04-10
Anticipated expiration: 2041-07-16
Also published as: EP4428892A3; EP4120308A2; EP4202966B1; JP2025094257A; EP4120308B1; EP4184543A1; EP4120308A3; US12288657B2; EP4567851A3; JP7699487B2; EP4428892A2; US20240194429A1; US12243701B2; EP4202966A1; US20230019139A1; EP4184543B1; JP2025089531A; CN115621082A; US12505968B2; EP4567851A2

Description

本発明は、リレーに関する。

リレー（電磁継電器）は、コイルに電流を流して接点を開閉するように構成されており、鉄心に接続された継鉄（ヨーク）と、継鉄に対して可動に構成された接極子（アマチュア）とを有するヒンジ形のリレーがある。

近年、リレーを、電気自動車に搭載する等の衝撃や振動を受け易い用途に使用する場合が増えている。リレーに大きな衝撃や振動が加わったときのヨークに対するアマチュアの変位を防止するために、ヨーク又はアマチュアの一方に軸部を、他方に軸部を回転可能に受容する軸受を設け、アマチュアをヨークに対して回動可能にする技術が知られている。

絶縁基板の側面に開放した接触子保持溝を形成し、保持溝に固定接触子および可動接触子を差し込んで係止保持した上で、外部端子の引出し部周辺を接着剤で封止するリレーの組立構造が知られている。ボデイに側面を開口せる部品取付け用の溝を設け、端子部品等の部品を開口から挿入してボデイに取着し、開口を覆う蓋板をボデイに装着したリレー端子台が知られている。

特開２０１７－０１０７１９号公報特開２０２１－０３９８２９号公報特開２００６－００４６６５号公報特開平０７－２３０８３９号公報

多くのリレーでは、接点の開閉のための適切な接触力や開離力を生じさせるために、板ばねやコイルばねが使用されている。このようなリレーを衝撃や振動を受けやすい用途に使用した場合、衝撃によってばねが塑性変形し、適切な接触力や開離力が得られなくなる虞がある。一方で、衝撃に耐えるための補強部材等を別途設けると、リレーの組立て作業が煩雑となり、コスト増につながる場合がある。

そこで本発明は、衝撃や振動に強く、組立ての容易なリレーを提供することを目的とする。

本開示の一態様は、ヨークを有する電磁石と、前記電磁石の作動に伴って動作するアマチュア、前記アマチュアに取り付けられる可動ばね、及び前記可動ばねに取り付けられる可動接点を有する可動接点部と、前記可動接点に対向して配置された固定接点が取付けられたベースを有する固定接点部と、を備え、前記ベースは、前記固定接点と前記可動接点との接離方向に延び、前記ヨークに当接し、前記アマチュアの上方との間に間隔を開けて配置される脚部を有する、リレーである。

本開示によれば、固定端子が取付けられたベースの脚部を、固定接点と可動接点との接離方向に延びてヨークに当接し、かつアマチュアの上方に所定の間隔を開けて配置されるように構成することにより、固定接点部と電磁石との位置決め精度向上に加え、衝撃等による各部の破損や塑性変形等を防止する効果も得られる。

実施形態に係るリレーの組立図である。図１のリレーの分解斜視図である。ケースの斜視図である。図３のケースを正面からみた図である。ケースのリブ、ヨーク及びアマチュアの位置関係を示す断面図である。ケースの背面図である。図６のケースの開口部を樹脂で塞いだ状態を示す図である。固定接点部及び可動接点部の分解斜視図である。電磁石の分解斜視図をケースとともに示す図である。固定接点部及び可動接点部の上面図である。固定接点部及び可動接点部の側面図である。固定接点部のベースの斜視図である。図１０のＢ－Ｂ′線に沿う断面図である。可動接点部及び電磁石の側断面図であり、接点が開の状態を示す。復帰ばねポストの斜視図である。可動ばねの斜視図である。可動接点部及び電磁石の側断面図であり、接点が閉の状態を示す。固定接点部のベースの斜視図である。図１８のベースに永久磁石及びアーク消弧板を取り付けた図である。図１９の構成からベースを除去して表示した図である。アーク消弧板によってアークが引き延ばされる様子を示す図である。図２１の比較例として、アーク消弧板がない場合を示す図である。固定接点部に磁気シールドを設けた場合の分解斜視図である。図２０に類似する図であって、磁気シールドを設けた場合を示す。磁気シールドを設けた場合の磁束を説明する図である。図２５の比較例として、磁気シールドがない場合を説明する図である。

図１及び図２はそれぞれ、実施形態に係るリレー（電磁継電器）１０の組立図及び分解斜視図である。リレー１０は、例えば電気自動車に使用される車載電装用のリレーである。リレー１０は、固定接点１２（図８参照）を備える固定接点部１４と、可動接点１６を備える可動接点部１８と、可動接点１６を固定接点１２に対して接離可能に変位させる電磁石２０と、可動接点部１８及び電磁石２０を収容するケース２２とを有するヒンジ形リレーである。リレー１０は、ケース２２の外側にカシメ等によって取付けられた金属製のカラー２４を用いて、図示しないプリント基板等に実装される。

図２に示すように、可動接点部１８及び電磁石２０（総称してリレーの「本体２１」ともいう）は、ケース２２に対して、固定接点１２と可動接点１６との接離方向（図２では略左右方向）に沿って移動させることでケース２２内に挿入して組み込まれる。よってケース２２は、接離方向にのみ開口した構造とすることができ、例えば上下方向に２分割された部品を組み合わせた構造とする必要はない。固定接点部１４は、ベース４８と、ベース４８に設けられた固定接点１２とを含んでいる。固定接点部１４をケース２２に差し込むことで、固定接点部１４の背面はリレー１０の蓋を構成する。固定接点部１４とケース２２との境目に樹脂や接着剤を充填することで、リレー１０を封止する。ケース２２は例えば樹脂成形から作製可能である。ケース２２を上述のように形成することで、部品点数を減らして製造コストを下げることができる。

図３及び図４はそれぞれ、ケース２２の内部を示す斜視図及び正面図である。ケース２２は、可動接点部１８及び電磁石２０をケース２２内の所定位置に案内して位置決めするためのリブ２６、２８を有する。各リブは接点の接離方向、且つケース２２への本体２１の装着方向に延びる。

図５は、ケース２２に電磁石２０を配置したときの、電磁石２０の構成要素であるアマチュア６０、ヨーク７２、及び各リブの位置関係を示す概略断面図である。ケース２２の内底面に形成されたリブ２６は、ヨーク７２の下面に当接して、可動接点部１８を支持するとともに、可動接点部１８の上下方向の位置決めに寄与する。ケース２２の内側面に形成されたリブ２８は、本体２１の挿入方向に傾斜する傾斜面２９を有し、傾斜面２９は、本体２１がケース２２に挿入されるときのヨーク７２の幅方向のガイドとして機能する。リブ２８は、本体２１の挿入後はヨーク７２の側面に当接して、ケース２２に対する電磁石２０の幅方向の正確な位置決めに寄与する。

ケース２２内の上面に形成されたリブ３０は、アマチュア６０から上下方向に間隔を開けて配置され、通常の動作ではアマチュア６０に接触しない。しかし、リレー１０が搭載された車両が強い衝撃を受けた場合等にアマチュア６０が可動範囲を超えて大きく跳ね上がっても、アマチュア６０の動きがリブ３０によって抑制され、接点や後述する復帰ばねに大きな力が作用することが防止される。よってリブ３０を設けることで、各部の破損やばねの塑性変形等を防止することができる。

図６は、ケース２２の背面側、すなわち本体２１が挿入される開口とは反対側を示す。図２及び図９に示すように、電磁石２０は、コイル６８に電力を供給するための２つのコイル端子７８を有する。コイル端子７８はケース２２の内部に形成された縦長の開口４１（図３、図４参照）に差し込まれ、ケース２２の背面に形成された開口部３２からケース２２外に露出する。開口部３２は、２つのコイル端子７８にそれぞれ接続された電線３４、３６を引き回すための空間を有し、電線３４、３６はケース２２の外側部に形成されたポケット３８に導入された後、上方に開口したポケット３８の開口４０から引き出され、リレー１０が実装される図示しないプリント基板等に電気的に接続される。

図７は、電線３４、３６を開口４０から引き出した後に、開口部３２を樹脂又は接着剤４２で充填して密封した状態を示す。このようにすれば、ケース２２の背面は電線３４、３６又はこれに関連する部材が張り出すことがなく、故に接点の接離方向についてコンパクトなリレーを構築することができる。なおケース２２には、熱硬化性の樹脂や接着剤を使用したときにケース２２内部で膨張した空気を排出するために、空気穴４４を設けることが好ましい。なお空気穴４４は、開口部３２を密封した後に、樹脂等で密封されることが好ましい。

図８は、固定接点部１４及び可動接点部１８の分解斜視図である。固定接点部１４は、各々が固定接点１２を備えた少なくとも１つ（図示例では２つ）の固定端子４６と、固定端子４６が取り付けられる枠状又は箱状のベース４８とを有する。固定端子４６とベース４８との間には樹脂や接着剤が充填され、隙間が密封される。ベース４８は例えば樹脂成形により作製される。ベース４８の外側面には永久磁石５０及び永久磁石ヨーク５４が取り付けられ、さらにベース４８にはアークを消弧する消弧板５２が挿入されるが、これらについては後述する。

可動接点部１８は、可動接点１６がかしめなどにより取り付けられる導電板５６と、導電板５６が取付けられる可動ばね５８と、可動ばね５８がリベット６２等により取り付けられるアマチュア６０とを有する。

図９は、電磁石２０の分解斜視図をケース２２とともに示す。電磁石２０は、ボビン７０と、ボビン７０内に配置された鉄心６６と、ボビン７０に巻回されたコイル６８と、鉄心６６の下端が結合される略Ｌ字形状のヨーク７２と、ヨーク７２に取り付けられたばねポスト７４とを有する。ボビン７０はコイル端子７８が挿入される端子口７６を有し、電線３４、３６及びコイル端子７８を介してコイル６８に電流が流れる。アマチュア６０は、ヨーク７２に対して揺動可能に支持される。後述するように、可動ばね５８とばねポスト７４とは、復帰ばね６４（図８参照）を介して互いに弾性変位可能に連結される。

図１０及び図１１はそれぞれ、固定接点部１４及び可動接点部１８の上面図及び側面図であり、図１２はベース４８の斜視図である。ベース４８は、ケース２２への本体の装着方向に延びる脚部８０を有する。図１０及び図１１のＡ部に示すように、脚部８０の端面は、ベース４８がケース２２内に組み込まれたときに、ヨーク７２に当接するように構成される。よって固定接点部１４と電磁石２０との間の接点の接離方向の位置関係は一義的に定まり、ケース２２内の各部材間の正確な位置決めが可能となる。

脚部８０は、図１０のＢ－Ｂ′断面を示す図１３からわかるように、アマチュア６０の上方においてアマチュア６０と間隔を開けて配置される。この間隔は、アマチュア６０の通常の動作ではアマチュア６０の上面が脚部８０の下面に接触しないが、リレー１０が搭載された車両が強い衝撃を受けた場合等にアマチュア６０がその可動範囲を超えて跳ね上がったときにはアマチュア６０の上面が脚部８０の下面に当接するような値に設定される。従来のリレーは、アマチュア６０の浮き上がり等による大きな変位を抑制する部材を具備しないので、アマチュア６０の変位によって復帰ばね６４を伸ばす方向に大きな力がかかり、復帰ばね６４が塑性変形してしまう虞がある。本実施例では、脚部８０によりアマチュア６０の通常の可動範囲を超えた動きが抑制され、接点や復帰ばね６４にかかる力が低減され、復帰ばね６４の塑性変形も防止される。つまり脚部８０は、固定接点部１４と電磁石２０との位置決め精度向上に加え、衝撃等による各部の破損や塑性変形等を防止する機能も具備する。脚部８０は、樹脂成形等によってベース４８と一体的に成形可能であり、このような場合は部品点数の増加も生じない。

図１４は、可動接点部１８及び電磁石２０の側断面図であり、図１５はばねポスト７４の、図１６は可動ばね５８の構造例を示す斜視図である。図１４に示す復帰ばね６４はコイルばねであるが、板ばね等で構成してもよい。復帰ばね６４の一端は、ヨーク７２に固定されたばねポスト７４の幅方向の略中央に形成された先端部８４の根元に形成された凹部８６に係合して保持される。復帰ばね６４の他端は、可動ばね５８に形成された突起９２の根元に形成された凹部９４に係合して保持される。電磁石２０がオフのときは、復帰ばね６４の付勢力によってアマチュア６０が鉄心６６から離れるように傾斜し、可動接点１６は固定接点１２から離隔した状態となる（図１４）。一方、図１７に示すように、電磁石２０がオンのときは、復帰ばね６４の付勢力に逆らってアマチュア６０が磁力によって鉄心６６側に変位し、可動接点１６が固定接点１２に当接した状態となる。

リレー１０に対して可動接点１６の開離方向（図１４の左右方向）に強い衝撃や外力が作用すると、可動接点１６及び導電板５６がヨーク７２に向けて大きく変位し、その結果、可動ばね５８が塑性変形する虞がある。本実施例では、ばねポスト７４の先端部８４をヨーク７２よりも接点の接離方向の可動接点側に延在させることで、この不具合を防止することができる。衝撃等により可動接点１６がヨーク７２側に変位したとしても、可動ばね５８又は導電板５６が先端部８４に突き当たることにより可動ばね５８のそれ以上の変位が抑制され、可動ばね５８の破損や塑性変形が防止される。なお、先端部８４は復帰ばねを取り付けるための復帰ばねポストに設けられているため、可動ばねの変位を抑制するための別部材を設ける必要がなく、部品点数を抑制することが可能となる。

復帰ばねの一端をヨーク７２に直接係合させるリレーの場合、導電板とヨークとの間に部材が介在しないので、導電板がヨーク側に大きく変位することを防ぐことができない。しかし本実施例に係るばねポスト７４は、復帰ばね６４を保持する機能に加え、導電板５６の左右方向の変位を抑制する先端部８４を有するので、接点開離方向の大きな外力等による可動ばね５８の塑性変形等を防止する機能を具備する。

リレーの小型化が求められる場合、ヨーク７２と導電板５６との距離は短い方が好ましい。そこで本実施例では、図９又は図１４に示すようにヨーク７２に凹部又は開口９６を形成し、開口９６内にばねポスト７４の一部が配置されるようにしている。ばねポスト７４は、図１５に示すように、ヨーク７２に固定される基部８７と、基部８７から開口９６内に延びる方向に屈曲する第１屈曲部８８と、第１屈曲部８８から第１屈曲部８８の屈曲方向とは反対方向に屈曲する第２屈曲部９０とを有し、先端部８４は第２屈曲部９０に設けられる。ばねポスト７４の一部が開口９６内に配置されるように構成したことで、ばねポスト７４がヨーク７２から可動接点１６側に延びる距離を最小限にすることができ、リレーの小型化が図れる。またばねポスト７４は、互いに反対方向に屈曲する２つの屈曲部８８、９０を有するので、接点の接離方向について弾性変形が可能となり、ばねポスト７４の損傷や塑性変形が防止される。

ヒンジ形リレーの可動部分の固有振動数に等しい周波数の振動がリレーに加わった場合、可動部分の共振が発生し得る。例えばリレー１０に対して可動接点部１８の固有振動数に等しい周波数の振動が加わると、可動接点１６に固定接点１２との接離方向への共振が発生し、意図していない状況で可動接点１６が固定接点１２に接触してしまう等、リレー１０の誤動作に至る虞がある。

そこで本実施例では、図１４のような可動接点１６が中立位置にあるとき（リレー１０が動作していない状態）において、先端部８４と可動ばね５８又は導電板５６との接点接離方向の距離ｄ１が、固定接点１２と可動接点１６との距離ｄ２（図１４参照）よりも小さくなるように設定される。ｄ１がｄ２よりも小さいため、可動接点部１８が共振により振動しても振幅が大きくなる前に可動ばねが復帰ばねポストに接触して、振幅がそれ以上大きくなることを抑制できる。そのため、共振により固定接点１２と可動接点１６とが意図せずに接触することを防止できる。よって上述の寸法関係を有するばねポスト７４により、可動部分の共振時のリレーの誤動作を防止することができる。

リレー、特に４００～８００Ｖ等の高電圧がかかる直流リレーでは、接点を保護するためにアークを引き延ばし又は消弧する手段、具体的には永久磁石やアーク消弧板が設けられる。これらの手段は、消弧機能を有する消弧室等とは別の部材に取り付けられていたため、部品コストや組立工数を増加させる要因になっていた。

そこで本実施例では、図８及び図１８に示すように、樹脂成形等によりベース４８を枠状又は箱状に形成し、ベース４８は、永久磁石５０が嵌合される側面の凹部１００と、消弧板５２が挿入されるスロット１０２と、永久磁石ヨーク５４が取付けられる外面１０４とを有する。図８等に図示されるベース４８は一体的に成形されている。

図１９は、永久磁石５０、消弧板５２及びヨーク５４を、ベース４８に取り付けた状態を示し、図２０は明瞭化のため図１９からベース４８を図示省略した状態を示す。このように、固定接点１２が取付けられるベース４８に対し、ヨーク５４、永久磁石５０及び消弧板５２を全て取付けることができる。故にベース４８は、固定接点１２を囲繞する永久磁石５０、ヨーク５４と消弧板５２とを有する、アーク遮断性能の高い消弧室としての機能も具備する。

図２１は、ベース４８の側断面図であり、永久磁石５０、消弧板５２及びヨーク５４によってアークが引き延ばされて消弧される様子を説明する。永久磁石５０及びヨーク５４からの磁束により、固定接点１２と可動接点１６との間に生じたアーク１０６はベース４８が有する消弧室内に引き延ばされる。２つの永久磁石５０は、互いに対向する面が同極であることが好ましく、このような同極対向配置により、各接点間に発生するアークを同じ方向に引き延ばすことができる。

図２２は、比較例として、消弧板５２がない場合のアークの状態を示す。図２１からわかるように、アーク１０６は、ベース４８に挿入された消弧板５２によって引き延ばされる。一方、消弧板５２が設けられていない図２２では、アークは引き延ばされることなく、ベース４８内に広がる。このように、アーク消弧に関連する部材の全てを、消弧のためのスペースが確保されたベース４８に取り付けるようにしたことで、部品点数を増やすことなく、アーク遮断能力の高いリレーが提供される。

本実施例はいわゆるダブルブレーク式リレーであり、２つの固定接点１２がベース４８に取り付けられているため、それぞれの固定接点になるべく近い位置に永久磁石や消弧板を配置するのが好ましい。そこで本実施例では、２つの永久磁石５０をベース４８の両側面に取付け、２つの消弧板５２がそれぞれ２つの固定接点１２の直近まで延びるようにベース４８に挿入・配置される。またヨーク５４は、組立の容易性等の観点から上下に２分割してベース４８の上下方向から取付けできるように構成されているが、これに限られるものではなく、例えば左右に２分割してベース４８の左右方向から取付けできるように構成されてもよい。

図２３は、固定接点部１４′の分解斜視図である。固定接点部１４′は、２つの固定接点１２の間に、鉄等の透磁率の高い材料からなる磁気シールド１１０が固定部位（図示例ではベース４８の台座１０９）に配置される点で図８とは異なる。他の構成要素については図８と同様であり、同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。

図２４は、ベース４８を図示していない状態を示す図である。図２４には、永久磁石５０、消弧板５２、ヨーク５４、及び２つの固定接点１２間に配置された磁気シールド１１０が示される。本実施例では、消弧機能に加え、以下に述べる磁束吸収機能も得られる。

図２５は、固定接点１２に流れる電流と磁束の関係を説明する図であり、図２６は比較例として磁気シールド１１０がない場合の電流と磁束の関係を示す。例えば、直流リレーとしてリレーを使用する場合、矢印１１２の向きに一方の固定端子４６に入力される電流が、固定接点１２、可動接点１６、導電板５６、および他方の固定接点１２を経由して他方の固定端子４６から矢印１１４の向きに流れる。このように流れる電流によって、２つの固定接点１２及び固定端子４６の間に、紙面に垂直かつ奥から手前方向に磁束１１６が生じる。リレーの閉成した接点に大電流が通電されると、可動接点と固定接点との間に電磁反発力が生じ、接点の開離や、接点同士の溶着が生じる虞もある。

図２６のように磁気シールド１１０が設けられていない場合は、磁束１１６の影響は例えば破線１２０で示す範囲に及ぶので、範囲１２０内にある導電板５６には、矢印１２２で示す方向のローレンツ力が作用する。故に図２６の例では、導電板５６に接点開離方向の力が加わり、ローレンツ力によって固定接点１２と可動接点１６とが開離してしまう虞がある。

これに対し、図２５のように磁気シールド１１０が設けられている場合は、磁束が磁気シールド１１０に吸収されるので、磁束の影響により導電板５６に接点の開離方向の力が生じることを防止できる。よって本実施例によれば、特に大電流を流した場合であっても、誤動作の生じ難いリレーが提供される。

磁気シールド１１０は、リレー１０の可動部分ではなく、ベース４８等の固定部分に配置される。磁気シールドを可動部分に配置することも可能であるが、一般に、可動部分の重量が増加すると、リレーに衝撃等が加わった場合に誤動作が生じやすい傾向があるため、磁気シールドを可動部分に配置するのは避けることが好ましい。本実施例では、磁気シールドが固定部分に配置されているため、磁気シールドによって可動部分の重量は増加しないので、そのような不具合も防止できる。

１０リレー、１２固定接点、１４固定接点部、１６可動接点、
１８可動接点部、２０電磁石、２２ケース、２６，２８，３０リブ、
３２開口部、３４，３６電線、３８ポケット、４０開口、
４２接着剤、４６固定端子、４８ベース、５０永久磁石、５２消弧板、
５４永久磁石ヨーク、５６導電板、５８可動ばね、６０アマチュア、
６４復帰ばね、７２ヨーク、７４ばねポスト、７８コイル端子、
８０脚部、８４先端部、８８，９０屈曲部、９２突起、９６開口、
１０６，１０８アーク、１０９台座、１１０磁気シールド

Claims

ヨークを有する電磁石と、
前記電磁石の作動に伴って動作するアマチュア、前記アマチュアに取り付けられる可動ばね、及び前記可動ばねに取り付けられる可動接点を有する可動接点部と、
前記可動接点に対向して配置された固定接点が取付けられたベースを有する固定接点部と、を備え、
前記ベースは、前記固定接点と前記可動接点との接離方向に延び、前記ヨークに当接し、前記アマチュアの上方との間に間隔を開けて配置される脚部を有する、リレー。