JP4544172B2

JP4544172B2 - 電磁継電器

Info

Publication number: JP4544172B2
Application number: JP2006034040A
Authority: JP
Inventors: 伸治大村; 栄治中川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2026-02-10
Also published as: JP2007214034A

Description

本発明は電気回路中に挿入され、電流を継電又は遮断する電磁継電器に関する。

電流を継電又は遮断するためにオン及びオフされる電磁継電器（以下リレーと記載する。）の一種にブランジャ形リレーがある。従来のブランジャ形リレー（特許文献１参照）は、図６及び７に示すように、カバー２１に固定された固定接点４１と、カバー２１及びケース２２により軸方向に移動可能に支持されたプランジャ３０及びムービングホルダ４５に取り付けられた可動接点４６と、プランジャ３０を吸引するコア６０及びコイル６１とを含む。オン時はコイル６１に電流を流して吸引力により可動接点４６を移動させ、オフ時は吸引力を解除しバネリターンスプリング６３により当初の位置に戻す。

従来のリレーでは、可動接点４６が固定接点４１から開離する時に発生するアーク電流すなわち放電により接点を消耗させるという問題が発生することがある。

そこで、従来のリレーでは、可動接点４６が固定接点４１から開離する時に発生するアーク電流にローレンツ力が作用するように複数の永久磁石を設けることによって、アーク電流をローレンツ力により引き伸ばし、アーク電流を遮断し易くしている。

磁力の向きは磁石の配置によって一定方向に決まるため、ローレンツ力によりアーク電流が引き伸ばされる方向は、電流の向きによって決まり、リレーの外側方向に引き伸ばされたり、リレーの内側方向に引き伸ばされたりする。
特開２００２−２４５９１６

しかし、特許文献１に示す従来技術では、リレーの外側方向にアーク電流を伸ばした場合には、アーク電流を遮断し易いが、リレーの内側方向にアーク電流を伸ばした場合には、アーク電流が衝突し、短絡し易いという問題があった。このアーク電流の短絡は、大電流（１００Ａ以上）を流した場合に起こり易い。そして、＋側と−側の１対の固定接点４１は、一方は直流電源に、他方はグランドに接続されており＋側と−側の１対の固定接点４１との間には電位差がある。そのため、アーク電流の短絡によって、可動接点４６と固定接点４１とが離れているにも関らず、＋側と−側の１対の固定接点４１との間でアーク電流が継続してしまい、アーク電流により、固定接点４１等が溶損する恐れがあった。

そこで、アーク電流が短絡することを防止するため、リレー内部の空間距離を大きくする方法が考えられるが、リレーの体格が大きくなるという問題がある。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、その目的は、リレーの体格を維持し、且つ、リレーの内側方向にアーク電流を伸ばした場合に、アーク電流が短絡し難いリレー（電磁継電器）を提供することである。

本願の発明者は、接点部の近傍に樹脂材料等よりなる壁を設け、アーク電流の沿面距離を大きくすることを思い付いて、本発明を完成した。

本発明による電磁継電器は、請求項１に記載したように、ハウジングに取り付けられた一対の固定接点部と、前記ハウジングにより前記固定接点部に接離可能に支持された一対の可動接点部と、電磁作用により前記可動接点部を前記固定接点部に接触させる励磁手段と、前記可動接点部と前記固定接点部との開閉時に発生するアーク電流にローレンツ力が作用するように配置された複数の磁石とから少なくとも構成される電磁継電器であって、前記励磁手段は、前記電磁作用により動く軸部を備え、前記可動接点部と前記固定接点部より電磁継電器の内側方向に設けられると共に、前記固定接点部又は前記可動接点部を基点とする壁部を備え、前記可動接点部は前記固定接点部との接触部である可動接点接触部と、前記可動接点接触部を固定する可動接点台座部とを備えており、前記可動接点台座部は前記軸部の先端に当接しており、前記固定接点部は前記可動接点部との接触部である固定接点接触部と前記固定接点接触部を固定する固定接点台座部とを備えており、前記可動接点部及び前記固定接点部は、前記軸部を通る前記電磁継電器の中心軸を挟んで両側に設けられており、前記壁部は、前記軸部を通る前記電磁継電器の中心軸を挟んで両側に位置するように形成されており、前記壁部は、前記固定接点台座部の端面から、前記可動接点接触部方向に向かって設けられており、前記壁部の高さは、前記固定接点台座部の端面を基点として、前記固定接点台座部の高さよりも高く、前記固定接点接触部の先端の高さよりも低いことを特徴とする電磁継電器である。

これによると、壁部の高さの分だけ、アーク電流の沿面距離を大きくすることが出来、リレー内部の空間距離は変更せずに、アーク電流がリレーの内側方向に引き伸ばされた際に生じるアーク電流の短絡を抑制することが出来る。

また、請求項２に記載の発明のように、前記固定接点部は絶縁性材料よりなる保持部材により保持されており、前記壁部は、前記保持部材から延設して形成されると、特に、請求項３に記載の発明のように、前記壁部は、樹脂材料よりなると、固定接点部との絶縁を確保できると共に、壁部として新たな部材を追加する必要がない。

本発明の実施形態に係るリレーの構成を図１及至図５に従って説明する。これらは、本発明のリレーがハイブリッド車の電源装置に適用されたものである。図１は、本発明の実施形態に係るリレーをハイブリッド車の電源装置に適用した例を示す回路説明図であり、図２は、本発明の実施形態に係るリレーを示す正面断面図であり、図３は、図２のリレーを上面から見た平面図であり、図４及び図５は、アーク電流放電の状態を示す説明図であり、図４及び図５の上側の図は、リレーを上面から見た平面図であり、図４及び図５の下側の図は、リレーを正面から見た部分断面図である。

（構成）
図１に示すように、ハイブリッド車の直流電源１０と、コンデンサ１６を備え直流を交流に変換するインバータ１５との間に高位配線１１及び低位配線１２が延びている。高位配線１１中に第１リレー２０が挿入され、これと並列に第２リレー２２及びレジスタ２３が直列に配置されている。低位配線１２中に第３リレー２５及び電流センサ２６が直列に挿入されている。

第１リレー２０を図２から図５に示す。このブランジャ形リレー２０はケース２２と、シャフト２５及びプランジャ３０と、ステーショナリホルダ４０（固定接点台座部）及びステーショナリコンタクト４１（固定接点接触部）と、ムービングホルダ４５（可動接点台座部）及びムービングコンタクト４６（可動接点接触部）と、コア６０及びコイル６１とを含む。以下個々について詳述する。シャフト２５の上端にインシュレータ２７が嵌合され、シャフト２５の下端は磁性のプランジャ３０に挿入され、プランジャ３０がプレート３３により上下動可能に保持されている。シャフト２５及びインシュレータ２７が軸部を構成する。

一対の細長い矩形状のステーショナリホルダ４０の一端に一対のステーショナリコンタクト４１が取り付けられ、その他端はポール３６の外方に延びている。ポール３６は、カバー２１とケース２２に挟まれて保持されている。また、ポール３６は、ステーショナリホルダ４０を、カバー２１に対して保持している。ステーショナリホルダ４０の上方に導電性で細長い矩形状のムービングホルダ４５がステーショナリホルダ４０と直交する方向に配置され、その中央部がインシュレータ２７の上端に当接している。その中央部と上方のカバー２１との間に配置されたバネ４８によりムービングホルダ４５は下方に付勢されている。カバー２１とケース２２とがハウジングを構成している。

ムービングホルダ４５に取り付けられたムービングコンタクト４６は、高さ方向で上記ステーショナリコンタクト４１と対向し、所定の隙間を形成している。二組のマグネット対５１は、ステーショナリコンタクト４１とムービングコンタクト４６とを挟むように前後に一対対向配置されており、ステーショナリコンタクト４１とムービングコンタクト４６との間の隙間を横切る方向（図２で紙面と垂直方向）に磁力線を発生している。

中空円柱状のプランジャ３０の中空孔にシャフト２５が挿入され、外周面がプレート３３の中空孔に隙間を持ってゆるく嵌合されている。ケースを兼ねた磁性材からなるヨーク６２とプレート３３は、ケース２２及びポール３６に保持されている。ヨーク６２とプレート３３の内側であり、リレー２０の中心部には、コア６０が保持されており、その周りにコイル６１が巻かれている。プランジャ３０の下端のテーパ状の凸部がコア６０の上端のテーパ状の凹部に対向し、両者間にリターンスプリング６３が配置されている。

プランジャ３０の上に、ゴム製で中空円板部、円筒部及びフランジ部を含む容器形状のダイアフラム６５が取り付けられている。ダイアフラム６５の中空円板部はシャフト２５のフランジとプランジャ３０との間に挟まれ、ダイアフラム６５の円筒部はこれに対して直角を成して下方に延び、ダイアフラム６５のフランジ部はプレート３３の上面に接触している。プランジャ３０、ダイアフラム６５の中円板部、ダイアフラム６５の円筒部及びプレート３３が環状で断面矩形状の空気室を区画している。

本実施形態におけるポール３６の端部は、本発明の壁部に相当するものであり、ステーショナリコンタクト４１より、リレー２０の内側方向に延設されている。また、リレー２０の内側方向に延設されたポール３６の端部は、リレー２０の軸心方向（図２における中心軸方向）に伸びており、高さは、ステーショナリホルダ４１（固定接点台座部）の底面を基点として、ステーショナリホルダ４０の高さよりも高く、ステーショナリコンタクト４１（固定接点接触部）の高さよりも低く形成されている。

（作用）
図１において、このブランジャ形リレー２０を含む電源装置のコンデンサ１６を充電するときは第１リレー２０をオフ、第２リレー２２をオン、第３リレー２５をオンする。所定時間経過しコンデンサ１６の充電が完了した後、第１リレーをオン、第２リレー２２をオフ、第３リレー２５をオンする。レジスタ２３により投入時の電流が制限されるため、第２リレー２２の電流容量は第１リレー２０のそれよりも小さくてよい。

図２から図５において、リレー２０のオフ状態では、ムービングホルダ４５はバネ４８より下方に付勢され、プランジャ３０、シャフト２５及びインシュレータ２７がリターンスプリング６３により上方に付勢され、両方の付勢力が釣り合って静止している。ムービングコンタクト４６はステーショナリコンタクト４１から離れている。コイル６１に電流を流すと、電磁作用によりコア６０がプランジャ３０を下方に引きつける。リターンスプリング６３の付勢力に抗して、プランジャ３０、シャフト２５、ダイアフラム６５及びインシュレータ２７が一体的に下方に移動し、バネ４８の付勢力によりムービングホルダ４５がこれに追従する。

プランジャ３０が下降すると、ムービングコンタクト４６がステーショナリコンタクト４１に接触する。これによりリレー２０がオンし、一対のステーショナリコンタクト４１がムービングコンタクト４６により導通される。プランジャ３０はシャフト２５の下端がコア６０の円筒溝底部に接触するまで下降し、これによりステーショナリコンタクト４１とムービングコンタクト４６との接触が確実なものになる。

シャフト２５の下降時はダイアフラム６５も一体的に移動しダイアフラム６５の中空円筒部及びダイアフラム６５円筒部が変形し、空気室６７内の空気が圧縮される。その結果、ダイアフラム６５がシャフト２５及びムービングホルダ４５に上向きの減衰力を付与し、ムービングコンタクト４６のステーショナリコンタクト４１への接触時の衝突を緩和する。このように、ダイアフラム６５はエアダンパとなっている。

次に、コイル６１の通電が断たれるとリターンスプリング６３によりプランジャ３０が押し上げられインシュレータ２７によりムービングホルダ４５を押し上げ接点が開離する。この際、接点間に電流が流れた状態で開離するとアーク電流が発生する。

このとき、図４に示すように、電流の向きが＋端子から−端子に流れている状態の時は、発生したアーク電流はローレンツ力を示す矢印の方向、即ち、リレー２０の外側に引き伸ばされる。引き伸ばされたアーク電流は抵抗が大きくなると共に、冷却されることから、容易に遮断される。

また、図５に示すように、電流の向きが−端子から＋端子に流れている状態の時は（ハイブリット車でいう回生時等）、発生したアーク電流はリレー２０の内側に引き伸ばされる。このように、リレーの内側方向にアーク電流を伸ばした場合には、アーク電流が衝突し、短絡し易いという問題がある。そして、このアーク電流の短絡によって、ムービングコンタクト４６とステーショナリコンタクト４１とが離れているにも関らず、＋側と−側の１対のステーショナリコンタクト４１との間でアークが継続してしまうため、ムービングコンタクト４６やステーショナリコンタクト４１等が溶損する恐れがあった。

そこで、内側に引き伸ばされるアーク電流に対し、本発明ではアーク電流の沿面距離を大きくする作用を有する壁部を形成している。即ち、本実施形態におけるポール３６の端部は、本発明の壁部に相当するものであり、ステーショナリコンタクト４１より、リレー２０の内側方向に延設されている。また、リレー２０の内側方向に延設されたポール３６の端部は、リレー２０の軸心方向に伸びており、高さは、ステーショナリホルダ４１（固定接点台座部）の底面を基点として、ステーショナリホルダ４０の高さよりも高く、ステーショナリコンタクト４１（固定接点接触部）の高さよりも低く形成されている。

このポール３６から延設された壁部は、リレーの内側方向に引き伸ばされたアーク電流の沿面距離を大きくする作用を有する。

そして、ポール３６から延設された壁部の作用により、リレー内部の空間距離を変更せずに、アーク電流がリレーの内側方向に引き伸ばされた際に生じるアーク電流の短絡を抑制することが出来る。

以上述べたように本発明の実施形態に係るリレーでは、ムービングコンタクト（可動接点接触部）とステーショナリコンタクト（固定接点接触部）より、リレーの内側方向に、ステーショナリコンタクトを保持するポールを延設して形成した壁部を設けたことを特徴としている。

この壁部は、リレーの内側方向に引き伸ばされたアーク電流の沿面距離を大きくする作用を有する。

そして、壁部の作用により、リレー内部の空間距離を変更せずに、アーク電流がリレーの内側方向に引き伸ばされた際に生じるアーク電流の短絡を抑制することが出来る。

本発明の実施形態に係るリレーをハイブリッド車の電源装置に適用した例を示す回路説明図である。本発明の実施形態に係るリレーを示す正面断面図である。図２のリレーを上面から見た平面図である。アーク電流放電の状態を示す説明図（１）である。アーク電流放電の状態を示す説明図（２）である。従来の実施形態に係るリレーを示す正面断面図である。図６のリレーを上面から見た平面図である。

符号の説明

２１カバー
４５ムービングホルダ
４６ムービングコンタクト
４０ステーショナリホルダ
４１ステーショナリコンタクト
３６ポール
５１マグネット
４８コンタクトスプリング

Claims

ハウジングに取り付けられた一対の固定接点部と、前記ハウジングにより前記固定接点部に接離可能に支持された一対の可動接点部と、電磁作用により前記可動接点部を前記固定接点部に接触させる励磁手段と、前記可動接点部と前記固定接点部との開閉時に発生するアーク電流にローレンツ力が作用するように配置された複数の磁石とから少なくとも構成される電磁継電器であって、
前記励磁手段は、前記電磁作用により動く軸部を備え、
前記可動接点部と前記固定接点部より電磁継電器の内側方向に設けられると共に、前記固定接点部又は前記可動接点部を基点とする壁部を備え、
前記可動接点部は前記固定接点部との接触部である可動接点接触部と、前記可動接点接触部を固定する可動接点台座部とを備えており、
前記可動接点台座部は前記軸部の先端に当接しており、
前記固定接点部は前記可動接点部との接触部である固定接点接触部と前記固定接点接触部を固定する固定接点台座部とを備えており、
前記可動接点部及び前記固定接点部は、前記軸部を通る前記電磁継電器の中心軸を挟んで両側に設けられており、
前記壁部は、前記軸部を通る前記電磁継電器の中心軸を挟んで両側に位置するように形成されており、
前記壁部は、前記固定接点台座部の端面から、前記可動接点接触部方向に向かって設けられており、前記壁部の高さは、前記固定接点台座部の端面を基点として、前記固定接点台座部の高さよりも高く、前記固定接点接触部の先端の高さよりも低いことを特徴とする電磁継電器。
前記固定接点部は絶縁性材料よりなる保持部材により保持されており、前記壁部は、前記保持部材から延設して形成されることを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。
前記壁部は、樹脂材料よりなることを特徴とする請求項２に記載の電磁継電器。