JP5587968B2 - 直流リレー - Google Patents

Description

本発明は、直流高電圧を接続又は遮断するために用いられる直流リレーに関する。

ハイブリッド自動車とは、駆動源として２つ以上の動力源を使用する形態の自動車を意味し、一般には従来の内燃機関と、バッテリで駆動するモータと、を同時に使用する形態を意味する。バッテリは内燃機関の駆動によって生じるエネルギー又はブレーキ時に消失するエネルギーを利用して再充電され、これを自動車の駆動に再利用するため、内燃機関を単独で使用する一般的な自動車と比べて良好な燃費特性を有し、原油価格の高騰、炭素排出規制の強化といった現在の状況下で注目を浴びている。

ハイブリッド自動車は従来のエンジンとバッテリとを動力源として使用する。具体的には、ハイブリッド自動車の初動時にはバッテリ電源を使用した電気エネルギーを利用して加速し、走行速度に応じてエンジン及びブレーキを用いてバッテリの充放電を繰り返すようになる。このようなハイブリッド自動車の性能を向上させるためには、より大容量のバッテリが必要となるが、そのためには電圧を高める方法が最も容易である。

したがって、現在のバッテリの使用電圧は、従来の１２Ｖから２００〜４００Ｖまで昇圧しており、このようなバッテリ電圧は今後もさらに上昇する可能性が高い。バッテリの使用電圧が高くなるほど必然的に高い絶縁性能が求められるため、高電圧のバッテリの電源を安定してオン／オフさせる役割を担う高電圧リレーがハイブリッド自動車に適用されている。

このような高電圧直流リレーは不意の事故が発生した時又は車両制御器の制御信号に応じて高電圧バッテリの直流電流を遮断する役割を担うが、直流電流が接続、または遮断される過程でアークが発生する。このようなアークは隣接する他の機器などに悪影響を及ぼし得る、あるいは絶縁性能を低下させ得るため、これを適切に制御するために永久磁石が利用されている。永久磁石をアークが発生する高電圧直流リレーの接点付近に配置させると、永久磁石から発生する磁束の強度及び方向、並びに電流の向き、アークが伸びる長さによって決められる力を用いてアークを制御することができ、それによりアークを冷却させて消弧することができ、このような永久磁石を利用した直流リレーが現在のハイブリッド車両など電気エネルギーを用いる車両に適用されている。

図１は、このような直流リレーの一例を概略的に示した斜視図である。図１を参照すると、直流リレーは互いに並列に配置される第１固定接点１０及び第２固定接点１１と、第１及び第２固定接点１０、１１の下部から上下方向へ移動可能に設置される可動接点１２と、を含む。可動接点１２が上昇して２つの第１及び第２固定接点１０、１１と接する場合が直流リレーのオン動作に該当し、可動接点１２が下降して２つの第１及び第２固定接点１０、１１と分離する場合が直流リレーのオフ動作に該当する。

一方、可動接点１２が下降して第１及び第２固定接点１０、１１から分離する瞬間に第１及び第２固定接点１０、１１と可動接点１２との間にアークが発生する。

この時、別途制御がなされない場合、発生したアークは第１及び第２固定接点１０、１１と可動接点１２とを結ぶ直線距離に沿って発生し、これは絶縁性能の低下を招くだけでなく隣接する部品の寿命にも悪影響を及ぼすようになる。

これを防止するために、第１及び第２固定接点１０、１１の近傍に第１永久磁石１４及び第２永久磁石１５を設置する。第１及び第２永久磁石１４、１５はアークプラズマを介して流れる電流方向と直交する方向に配置され、発生したアークプラズマに磁気駆動力を加える。

こうして加えられた磁気駆動力はアークを接点から離脱させて矢印で示された方向のようにアークを外部に移動させ、これによってアーク間の距離が延長されるだけでなくアーク自らの長さも伸張されるようになる。

長さが伸張されたアークは周辺のガス（空気）によって冷却されてプラズマ状態から絶縁状態に変化し、これは電流を遮断するだけでなくアーク同士の接触によって絶縁状態が破壊される可能性を最小化する。

しかし、可動接点１２が第１及び第２固定接点１０、１１に接し、直流リレーがオン動作を行う場合、可動接点はフレミングの左手の法則によって下方に磁気駆動力を受けるようになる。

したがって、直流リレーがオン動作を行う途中で可動接点１２が第１及び第２固定接点１０、１１から意図せず分離され得る。

本発明は、オン動作時に、可動接点に流れる電流によって発生する磁束を減衰させ、可動接点が固定接点から分離する現象を防止できる直流リレーを提供することを目的とする。

提案される実施形態で成し遂げようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に限定されるものではなく、言及されていない他の技術的課題は以下の記載から提案される実施形態の属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されることができるものである。

本発明の実施形態による直流リレーは、それぞれ反対方向に電流が流れるように電圧が印加される一対の固定接点と、固定接点と接触又は分離するように、上下に移動可能な可動接点と、可動接点の接触又は分離時に発生するアークが外部へ向かうようにする一対の永久磁石と、可動接点が固定接点に接触した時、可動接点が固定接点から分離する方向に発生する力を減少させる減衰磁石と、を含むことを特徴とする。

減衰磁石は、可動接点の下方に配置されることが好ましい。

また、減衰磁石は、第１減衰磁石及び第２減衰磁石を含むことが好ましい。

また、第１減衰磁石及び第２減衰磁石は、磁束の方向が互いに反対になるように設置されることが好ましい。

また、第１減衰磁石及び第２減衰磁石から発生する磁束は、可動接点及び固定接点の接触によって可動接点を流れる電流によって誘導される磁束と反対方向となることが好ましい。

また、第１及び第２減衰磁石は、可動接点の下方に水平方向に離隔されるように配置されることが好ましい。

本発明で提案される直流リレーによれば、直流リレーがオンになった時、可動接点が固定接点から分離する方向に発生する磁気駆動力を減少させることができる。

従来の直流リレーを図示した斜視図である。 従来の直流リレーの動作原理を図示した平面図である。 従来の直流リレーの問題点を説明する側面図である。 本発明の実施形態による直流リレーの斜視図である。 本発明の実施形態による直流リレーの動作原理を説明する側面図である。

以下、本発明の具体的な実施形態を図面と共に詳細に説明する。しかし、本発明の思想は提示される実施形態に制限されるものではなく、他の構成要素の追加、変更、削除などによって、基本的な発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施形態を容易に提案できる。

図４は、本発明の実施形態による直流リレーの斜視図であり、図５は、本発明の実施形態による直流リレーの動作原理を説明する図である。

図４を参照すると、本発明の実施形態による直流リレーはケース（図示せず）に固定される第１固定接点２０及び第２固定接点２１と、第１及び第２固定接点２０、２１の下部から上／下方向へ移動可能に設置される可動接点２２と、第１及び第２固定接点２０、２１及び可動接点２２の間に発生するアークを外部に移動させる第１永久磁石３１及び第２永久磁石３２と、直流リレーがオン状態の時、可動接点２２が固定接点から分離する現象を防止する第１減衰磁石３３及び第２減衰磁石３４と、を含む。

第１及び第２固定接点２０、２１は、ケースに固定されるように設置される。固定接点は、互いに異なる方向に電流が流れるように電圧が加えられる。

例えば、固定接点の一方は下方へ電流が流れ、他方は上方へ電流が流れるように電圧を印加することができる。

したがって、可動接点２２が第１及び第２固定接点２０、２１に接すると、固定接点の一方に流入した電流は可動接点２２を経て固定接点の他方へ流出する回路をなすようになる。

以下では、説明の便宜のために、第１固定接点２０は下方に電流が流れるように電圧が加えられ、第２固定接点２１は上方に電流が流れるように電圧が加えられる場合について説明する。

可動接点２２は上下方向へ移動可能に設置される。したがって、可動接点２２が上側へ移動して第１及び第２固定接点２０、２１に接すると直流リレーはオンになり、可動接点２２が下側へ移動して第１及び第２固定接点２０、２１から離れると直流リレーはオフになる。

第１永久磁石３１及び第２永久磁石３２は、第１固定接点２０、第２固定接点２１、及び可動接点２２の後面と前面にそれぞれ設置される。

第１及び第２永久磁石３１、３２は、第１永久磁石３１から第２永久磁石３２の方向に磁束が形成されるように配置される。したがって、第１永久磁石３１は、第１及び第２固定接点２０、２１及び可動接点２２を向く側がＮ極となり、第２永久磁石３２は、第１及び第２固定接点２０、２１及び可動接点２２を向く側がＳ極になる。

この時、第１及び第２固定接点２０、２１に流れる電流の方向が反対になるように電圧が加えられると、第１永久磁石３１及び第２永久磁石３２のＳ極も反対に配置される。

可動接点２２が上下に移動し、直流リレーがＯＮ／ＯＦＦとなる場合に接点の間で発生するアークは、第１及び第２永久磁石３１、３２の間に形成される磁束によってフレミングの左手の法則に従って外部に力を受ける。

可動接点２２の下方には、第１及び第２減衰磁石３３、３４が設置される。第１及び第２減衰磁石３３、３４は、可動接点２２が下方に移動する時、可動接点２２と接しないように設定された距離だけ離隔して設置される。第１及び第２減衰磁石３３、３４は、第１永久磁石３１と隣接する側に設置される第１減衰磁石３３と、第２永久磁石３２と隣接する側に設置される第２減衰磁石３４と、を含む。

第１及び第２減衰磁石３３、３４が設置されると、直流リレーがオンになった時、可動接点２２を流れる電流によって可動接点２２のまわりに誘導される磁束が、第１及び第２減衰磁石３３、３４で発生する磁束によって相殺される。したがって、フレミングの左手の法則に従って可動接点２２が下方に受ける力が減少し、直流リレーがオンになった時、可動接点２２が第１及び第２固定接点２０、２１から分離されなくなる。

図５を参照すると、第１減衰磁石３３は可動接点２２を向く側がＳ極になるように配置され、第２減衰磁石３４は可動接点２２を向く側がＮ極になるように配置される。また、第１及び第２減衰磁石３３、３４は可動接点２２の側面下方にそれぞれ位置するように設置される。

Ａ領域には、可動接点２２を流れる電流によって、磁束が上方から下方へ向かうように形成される。一方、第２減衰磁石３４により、磁束は下方から上方へ向かうように形成される。したがって、Ａ領域では、可動接点２２を流れる電流によって発生する磁束と、第２減衰磁石３４によって発生する磁束とが、互いに相殺される。

また、Ｂ領域には、可動接点２２を流れる電流によって、磁束が下方から上方へ形成される。一方、第１減衰磁石３３によって、磁束は上方から下方へ向かうように形成される。したがって、Ｂ領域では、可動接点２２を流れる電流によって生じる磁束と、第１減衰磁石３３によって生じる磁束とが、相殺される。

可動接点２２で発生する磁束が減衰すると、フレミングの左手の法則に従って、可動接点２２が下方に受ける力が減衰する。したがって、直流リレーがオンになった時、可動接点２２が第１及び第２固定接点２０、２１から分離される現象を防止することができる。

提案される実施形態によれば、直流リレーがオンになった時、可動接点が固定接点から分離する現象を防止することができる。

２０ 第１固定接点
２１ 第２固定接点
２２ 可動接点
３１ 第１永久磁石
３２ 第２永久磁石
３３ 第１減衰磁石
３４ 第２減衰磁石

Claims (5)

1. 互いに並列に配置された一対の固定接点と、
   前記一対の固定接点を中心に上下に移動可能に配置され、前記一対の固定接点と接触又は分離する可動接点と、
   前記可動接点の接触又は分離時に発生するアークが外部へ向かうようにする一対の永久磁石と、
   前記可動接点が前記固定接点に接触した時、前記可動接点が前記固定接点から分離する方向に発生する力を減少させる、第１減衰磁石及び第２減衰磁石を含み、
   前記第１減衰磁石及び前記第２減衰磁石から発生する磁束は、前記可動接点及び前記固定接点の接触によって前記可動接点を流れる電流によって誘導される磁束と反対方向になることを特徴とする直流リレー。
2. 前記第１減衰磁石及び前記第２減衰磁石は、磁束の方向が互いに反対になるように設置される、請求項１に記載の直流リレー。
3. 前記第１減衰磁石及び前記第２減衰磁石は、前記可動接点の下方に水平方向に離隔されるように設置される、請求項１又は２に記載の直流リレー。
4. 前記第１減衰磁石及び前記第２減衰磁石は、前記可動接点の第１可動接点及び第２可動接点のそれぞれの下方に設置される、請求項１又は２に記載の直流リレー。
5. 前記一対の固定接点の一方は、第１方向に電流が流れるように電圧が印加され、他方は前記第１方向と反対の第２方向に電流が流れるように電圧が印加される、請求項１又は２に記載の直流リレー。

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