JP2005302588A - 電磁駆動型リレー - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力が低く、信頼性が高い電磁駆動型リレーを提供する。
【解決手段】励磁用のコイルを有する電磁石ユニット３４と、電磁石ユニット３４から発生した磁場によって駆動されるプランジャ３６と、可動接点４０ａ，４０ｂを備え、プランジャ３６の移動に伴って駆動され、プランジャ３６に対して相対的に移動可能に設けられた可動接点ブロック３８と、プランジャ３６の移動に伴って可動接点４０ａ，４０ｂと接続及び開放される固定接点４２ａ，４２ｂを備えた固定接点ブロック４４ａ，４４ｂと、固定接点４２ａ，４２ｂと相対的に固定された位置に設けられ、可動接点ブロック３８の一部と係合することによって可動接点４０ａ，４０ｂと固定接点４２ａ，４２ｂとを接続された状態に維持する係合部材４８ａ，４８ｂとを備える電磁駆動型リレーにより上記課題を解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、消費電力を低減させた電磁駆動型リレーに関する。

電磁石によって電気的接点を開閉する電磁駆動型リレーは、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力の制御、ヘッドライトやファンモータのオン・オフ制御に広く用いられている。

従来の電磁駆動型リレー１００は、図８の断面図に示すように、中心孔を有するスプール１０ａ，１０ｂにコイル１２ａ，１２ｂを巻いた電磁石ユニット１４と、スプール１０ａ，１０ｂの中心孔にその軸方向へ移動可能に挿入されたプランジャ１６と、プランジャ１６の一端に一体化された可動接点ブロック１８と、可動接点ブロック１８に設けられた可動接点２０ａ，２０ｂと対向する位置に固定接点２２ａ，２２ｂを有する固定接点ブロック２４ａ，２４ｂと、可動接点２０ａ，２０ｂを固定接点２２ａ，２２ｂと離れた位置に付勢するばね２６ａ，２６ｂとを備える。

電磁駆動型リレー１００では、コイル１２ａ又は１２ｂに電流を流すことにより発生する磁場とプランジャ１６との電磁気的相互作用によりプランジャ１６をスプール１０の軸方向へ向けて前後に駆動させ、可動接点２０ａ，２０ｂと固定接点２２ａ，２２ｂとをそれぞれ接触させることによって電気回路のスイッチング素子として機能する。このような電磁駆動型リレー１００では、接点をオン状態又はオフ状態に維持するためにコイル１２ａ又は１２ｂに電流を流し続ける必要がある。

そこで、コイル１２ａ，１２ｂの励磁電流による電力の消費を低減するために、励磁電流を遮断した場合においても接点がオン状態又はオフ状態となるように可動接点ブロック１８を保持するカム機構を設けた電磁駆動型リレーが開示されている（特許文献１）。

特開平１１−１７６３０４号公報

しかしながら、上記従来技術では、接点をオン状態とするために複雑なカム機構を設ける必要があって製造コストが高くなる問題があった。また、カム機構が複雑なことに伴って故障が多くなり、リレーとしての信頼性も低かった。

本発明は、上記問題を解決するため、簡単な構成により、消費電力を低減させた電磁駆動型リレーを提供することを目的とする。

本発明は、励磁用のコイルを有する電磁石ユニットと、前記電磁石ユニットから発生した磁場によって駆動されるプランジャと、可動接点を備え、前記プランジャの移動に伴って駆動される可動接点ブロックであって、前記プランジャに対して相対的に移動可能に設けられた可動接点ブロックと、前記プランジャの移動に伴って前記可動接点と接続及び開放される固定接点、を備えた固定接点ブロックと、前記固定接点と相対的に固定された位置に設けられ、前記可動接点ブロックの一部と係合することによって前記可動接点と前記固定接点とを接続された状態に維持する係合部材と、を備えることを特徴とする電磁駆動型リレーである。

ここで、前記プランジャは、前記可動接点と前記固定接点とを押し付けるための第１の構成部と、前記可動接点と前記固定接点とを引き離すための第２の構成部と、を備えることを特徴とする。

このとき、前記電磁石ユニットから磁場が発生していないときに、前記プランジャを定常位置に付勢する弾性部材を備え、前記可動接点と前記固定接点が接続され、かつ、前記プランジャが定常位置に付勢された状態において、前記第２の構成部と前記可動接点ブロックとの間隙ｂと、前記可動接点と前記固定接点とを引き離す際に前記第１の構成部の移動の妨げになる部材と前記第１の構成部との間隙ａとがａ＞ｂの関係を満たすことが好適である。

さらに、前記間隙ａ及び前記間隙ｂと、前記可動接点ブロックの厚さＴとがａ＞（ｂ＋Ｔ）の関係を満たすことが好適である。

本発明によれば、電磁駆動型リレーの消費電力を低減させると共に、信頼性を向上させることができる。

本実施の形態における電磁駆動型リレー２００は、図１の断面図に示すように、電磁石ユニット３４、プランジャ３６、可動接点ブロック３８、固定接点ブロック４４ａ，４４ｂ、ばね４６ａ，４６ｂ、係合部材４８ａ，４８ｂ、台座５０及び筐体５２を含んで構成される。

電磁石ユニット３４は、スプール３０ａ，３０ｂ、コイル３２ａ，３２ｂ及び電極５４ａ，５４ｂ，５６ａ，５６ｂとを含んで構成される。スプール３０ａ，３０ｂは、中心孔を有する円筒形状であり、その外周にそれぞれ逆向きにコイル３２ａ，３２ｂが巻かれる。コイル３２ａ及びコイル３２ｂは、電磁駆動型リレー２００の外部から励磁電流が供給できるように、それぞれ電極５４ａ，５４ｂ及び電極５６ａ，５６ｂに接続される。スプール３０ａ，３０ｂは、互いに中心を合わせて重ね合わせられて筐体５２の内部に固定される。

プランジャ３６は、円柱形状の強磁性体であり、スプール３０ａ，３０ｂの中心孔に一端を挿入され、その軸方向へ向けて台座５０及び筐体５２に対して相対的に移動可能に保持される。このとき、プランジャ３６の両端にはばね４６ａ，４６ｂが配置される。プランジャ３６は、ばね４６ａ，４６ｂによってその軸方向の所定の定常位置に付勢される。ここで、プランジャ３６を付勢する部材はばね４６ａ，４６ｂに限定されるものではなく、他の弾性部材であっても良い。スプール３０ａ，３０ｂに挿入されていないプランジャ３６の端部には、外周方向に突出した張出部６０ａ，６０ｂが設けられる。

可動接点ブロック３８は、板状の導電性材料から構成され、導電性の可動接点４０ａ，４０ｂを備える。また、可動接点ブロック３８は、開口部６２を有し、開口部６２をプランジャ３６が貫き、張出部６０ａと６０ｂとの間でプランジャ３６と摺動可能となるように配置される。可動接点ブロック３８は、プランジャ３６の張出部６０ａ又は６０ｂに押されることによって、プランジャ３６と共にその軸方向に駆動される。

固定接点ブロック４４ａ，４４ｂは、電磁駆動型リレー２００の外部に引き出された導電性の電極５８ａ，５８ｂを含んで構成され、台座５０に固定される。固定接点ブロック４４ａ，４４ｂには、可動接点４０ａ，４０ｂに対向する位置に配置された導電性の固定接点４２ａ，４２ｂが設けられる。

係合部材４８ａ，４８ｂは、可動接点ブロック３８の端部と係合する部材であり、筐体５２の内壁に可動接点ブロック３８の駆動方向に対して略垂直方向に凸部を有するように固定される。係合部材４８ａ，４８ｂは、例えば、図１に示すように、曲げ弾性を有する金属製の板ばねとすることができる。また、筐体５２と一体に成型され、可動接点ブロック３８の駆動方向に対して略垂直方向に突出した突起部としても良い。

次に、図２〜図５を参照して、本実施の形態における電磁駆動型リレー２００の作用について説明する。

電磁駆動型リレー２００の接点をオン状態とするには、電極５４ａ，５４ｂからコイル３２ａに励磁電流を供給する。プランジャ３６は、コイル３２ａからの磁場との電磁気的な駆動力によって、ばね４６ａ，４６ｂの付勢に打ち勝って固定接点ブロック４４ａ，４４ｂへ向けて駆動される。プランジャ３６の移動に伴って、固定接点ブロック４４ａ，４４ｂに向けて可動接点ブロック３８よりも後方に設けられた張出部６０ａによって可動接点ブロック３８が固定接点ブロック４４ａ，４４ｂへ向けて押される。このとき、図２に示すように、プランジャ３６の端部や張出部６０ｂと台座５０等の他の部材との間隙ｄ１が常に０以上となるように構成しておくことによって、可動接点４０ａ，４０ｂが固定接点４２ａ，４２ｂにそれぞれ接触させられる。これによって、電極５８ａ、固定接点４２ａ、可動接点４０ａ、可動接点ブロック３８、可動接点４０ｂ、固定接点４２ｂ及び電極５８ｂが電気的に導通して電磁駆動型リレー２００がオン状態となる。

このとき、可動接点ブロック３８の端部が筐体５２に固定された係合部材４８ａ，４８ｂと係合することによって、可動接点４０ａ，４０ｂが固定接点４２ａ，４２ｂにそれぞれ接触した状態に保持される。

電磁駆動型リレー２００のオン状態となるとコイル３２ａへの励磁電流の供給を停止する。プランジャ３６は、ばね４６ａ，４６ｂにより定常位置へ付勢されるが、図３に示すように、可動接点ブロック３８と固定接点ブロック４４ａ，４４ｂに向けて可動接点ブロック３８よりも前方に設けられた張出部６０ｂとの間に隙間ｂが残るようにプランジャ３６の定常位置を設定しておくことで、係合部材４８ａ，４８ｂにより可動接点４０ａ，４０ｂと固定接点４２ａ，４２ｂとがそれぞれ接触させられた状態に維持され、電磁駆動型リレー２００をオン状態に保持することができる。

ここで、図３に示すように、電磁駆動型リレー２００がオン状態においてプランジャ３６が定常状態に付勢されている際に、可動接点ブロック３８と固定接点ブロック４４ａ，４４ｂに向けて可動接点ブロック３８よりも前方に設けられた張出部６０ｂとの隙間ｂが、可動接点ブロック３８よりも後方に設けられた張出部６０ａと可動接点ブロック３８を引き戻す際にプランジャ３６の張出部６０ａの移動の妨げになる部材（例えば、スプール３０ａ，３０ｂ等の固定部材）との隙間ａよりも小さくなるようにプランジャ３６の張出部６０ａ，６０ｂを設けておくことが好ましい。さらに、間隙ａが、間隙ｂと可動接点ブロック３８の厚さＴとの和よりも大きくなるようにすることがより好ましい。

電磁駆動型リレー２００の接点をオフ状態とするには、電極５６ａ，５６ｂからコイル３２ｂに励磁電流を供給する。プランジャ３６は、コイル３２ｂからの磁場との電磁気的な駆動力によって、ばね４６ａ，４６ｂの付勢に打ち勝って固定接点ブロック４４ａ，４４ｂから離れる方向へ駆動される。プランジャ３６の移動に伴って、固定接点ブロック４４ａ，４４ｂに向けて可動接点ブロック３８よりも前方に設けられた張出部６０ｂによって可動接点ブロック３８が固定接点ブロック４４ａ，４４ｂから引き離される。このとき、図４に示すように、スプール３０ａ，３０ｂ等の固定部材と張出部６０ａとの間隙ｄ２が０以上となるように構成しておくことによって、可動接点ブロック３８の端部と係合部材４８ａ，４８ｂとが外れ、可動接点４０ａ，４０ｂが固定接点４２ａ，４２ｂから開放される。これによって、電磁駆動型リレー２００がオフ状態となる。

電磁駆動型リレー２００の接点がオフ状態となるとコイル３２ｂへの励磁電流の供給を停止する。プランジャ３６は、ばね４６ａ，４６ｂにより定常位置へ付勢されるが、図５に示すように、可動接点ブロック３８と張出部６０ａ，６０ｂとの間に隙間ｃ１，ｃ２が出来るようにプランジャ３６の定常位置を設定しておくことで、電磁駆動型リレー２００をオフ状態に保持することができる。

本実施の形態では、図６に示すように、可動接点ブロック３８を台座５０又は筐体５２にばね４６ｃ等の弾性体を介して固定しておくことも好適である。これにより、可動接点ブロック３８をオフ状態となるように付勢しておくことができる。なお、オン状態の場合には、ばね４６ｃ等の弾性力によって可動接点ブロック３８の端部と係合部材４８ａ，４８ｂとが外れない程度に付勢することが好ましい。

以上のように、本実施の形態によれば、電磁駆動型リレーの励磁電流を止めた状態においても接点をオン状態又はオフ状態に維持しておくことができる。これにより、消費電力を低減させることができる。また、カム等の可動機構を用いていないため長期的な信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、電磁石ユニット３４に、対向する２方向へプランジャ３６を駆動するための２つの電磁石を設ける構成としたが、これに限定されるものではなく、プランジャ３６を軸方向へ前後させることができるものであれば良い。例えば、図７（ａ）に示すように、周囲に蛇行する溝７０が開けられた筒７２にプランジャ３６を挿入し、図７（ｂ）に示すように、プランジャ３６の軸方向に対して垂直に溝７０に嵌め込まれた突起７４を形成した構成とすることによって、筒７２を外筒等で保持して回転駆動すればプランジャ３６を軸方向へ前後に駆動することができる。この場合、筒７２を１方向に回転駆動させる機構を設けるだけで、プランジャ３６を前後２方向へ駆動させることができる。

本発明の実施の形態における電磁駆動型リレーの構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態における電磁駆動型リレーをオン状態とする場合を説明する図である。 本発明の実施の形態における電磁駆動型リレーをオン状態に維持する場合を説明する図である。 本発明の実施の形態における電磁駆動型リレーをオフ状態とする場合を説明する図である。 本発明の実施の形態における電磁駆動型リレーをオフ状態に維持する場合を説明する図である。 本発明の実施の形態における電磁駆動型リレーの別の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態におけるプランジャを駆動するための別の構成を示す図である。 従来の電磁駆動型リレーの構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ａ，１０ｂ スプール、１２ａ，１２ｂ コイル、１４ 電磁石ユニット、１６ プランジャ、１８ 可動接点ブロック、２０ａ，２０ｂ 可動接点、２２ａ，２２ｂ 固定接点、２４ａ，２４ｂ 固定接点ブロック、３０ａ，３０ｂ スプール、３２ａ，３２ｂ コイル、３４ 電磁石ユニット、３６ プランジャ、３８ 可動接点ブロック、４０ａ，４０ｂ 可動接点、４２ａ，４２ｂ 固定接点、４４ａ，４４ｂ 固定接点ブロック、４８ａ，４８ｂ 係合部材、５０ 台座、５２ 筐体、５４ａ，５４ｂ，５６ａ，５６ｂ，５８ａ，５８ｂ 電極、６０ａ，６０ｂ 張出部、６２ 開口部、１００，２００ 電磁駆動型リレー。

Claims (4)

1. 励磁用のコイルを有する電磁石ユニットと、
   前記電磁石ユニットから発生した磁場によって駆動されるプランジャと、
   可動接点を備え、前記プランジャの移動に伴って駆動される可動接点ブロックであって、 前記プランジャに対して相対的に移動可能に設けられた可動接点ブロックと、
   前記プランジャの移動に伴って前記可動接点と接続及び開放される固定接点、を備えた固定接点ブロックと、
   前記固定接点と相対的に固定された位置に設けられ、前記可動接点ブロックの一部と係合することによって前記可動接点と前記固定接点とを接続された状態に維持する係合部材と、
   を備えることを特徴とする電磁駆動型リレー。
2. 請求項１に記載の電磁駆動型リレーにおいて、
   前記プランジャは、前記可動接点と前記固定接点とを押し付けるための第１の構成部と、前記可動接点と前記固定接点とを引き離すための第２の構成部と、を備えることを特徴とする電磁駆動型リレー。
3. 請求項２に記載の電磁駆動型リレーにおいて、
   前記プランジャを付勢し、前記電磁石ユニットから磁場が発生していないときには前記プランジャを定常位置に保持する弾性部材を備え、
   前記可動接点と前記固定接点が接続され、かつ、前記プランジャが定常位置に付勢された状態において、
   前記第２の構成部と前記可動接点ブロックとの間隙ｂ、及び、前記可動接点と前記固定接点とを引き離す際に前記第１の構成部の移動の妨げになる部材と前記第１の構成部との間隙ａがａ＞ｂの関係を満たすことを特徴とする電磁駆動型リレー。
4. 請求項３に記載の電磁駆動型リレーにおいて、
   前記間隙ａ、前記間隙ｂ及び前記可動接点ブロックの厚さＴがａ＞（ｂ＋Ｔ）の関係を満たすことを特徴とする電磁駆動型リレー。