JP6411436B2

JP6411436B2 - リレー

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Publication number: JP6411436B2
Application number: JP2016226655A
Authority: JP
Inventors: サンヘ・パク
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2018-10-24
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Description

本発明は、リレーに関し、特に２つの固定接点に対して可動接点が１つである単一可動接点を有するリレーに関する。

電気自動車においては、バッテリからの電力をインバータに供給および遮断を行う制御用として、バッテリディスコネクトユニット(Battery Disconnect Unit )が使用される。バッテリディスコネクトユニットは、正極及び負極の２つの直流電力の供給経路用としての２つのメインリレーと、初期突入電流からのメインリレーの保護用としての１つのプリチャージリレーとを含む。

プリチャージリレーは、電気自動車を始動する際に発生する初期突入電流を一時的にターンオンし、その初期突入電流からメインリレーを保護する役割を果たす。本発明は、一実施例としてこのようなプリチャージリレーに適用できるが、これに限定されるものではなく、各種リレーに全て適用可能である。

このようなリレーの従来技術について図９〜図１７を参照して説明する。
まず、図９に示すように、従来技術によるリレー１００は、直方体の外形を有する。従来技術によるリレー１００は、上部に設けられ、前面方向に突出して露出する部分を有し、直流電力を供給する主回路に接続される主回路端子１と、下部に設けられ、リレー１００の開閉制御信号（励磁制御信号）を受信するために前面方向に突出して露出する部分を有する制御信号受信端子２とを含む。ここで、開閉制御信号（励磁制御信号）としては、例えば直流１２ボルトの電圧信号が供給されるようにしてもよい。

図９において、符号５０は、従来技術によるリレー１００の構成部品を収納するための外箱を示す。本発明によるリレーの外形は前述及び図９に図示した従来のリレーと同一又は類似であるので、本発明によるリレーの外形の図示は省略する。

次に、図１０〜図１４を参照して従来技術によるリレー１００の内部構成について説明する。従来技術によるリレー１００は、図１４に示すように、上部機構アセンブリ２０、可動部アセンブリ３０、励磁コイルアセンブリ４０、外箱５０及び下部カバー６０を含むように構成される。上部機構アセンブリ２０は、図１１の斜視図に示すように、主回路端子１、固定接点３、強磁石（フェライト磁石）１２、リターンスプリング１３、上部カバー２１、絶縁支持部などを含む。

図１１は上部機構アセンブリ２０の構成を示すために上下転倒させて示すものであり、組み付け時に上部機構アセンブリ２０は図１４に示す姿勢で組み付けられる。主回路端子１は、図１１では絶縁支持部により見えないが、上部カバー２１を貫通してリレー１００の内側に固定接点３まで延びる薄い棒状の導体部を有し、図１１で固定接点３の下方に見える接点部が導体部の一部である。

固定接点３は、正極側の主回路端子１に接続される固定接点と、負極側の主回路端子１に接続される固定接点とを含み、一対の固定接点３が主回路端子１の接点部にそれぞれ溶接されて設けられる。強磁石１２は、強磁性を有する永久磁石で構成され、固定接点３と可動接点４が接触状態から分離するときに発生するアークを、その周囲に発生する磁束により固定接点３と可動接点４の側方に誘導して消弧するために、一対の固定接点３の左右にそれぞれ１つずつ計２つ設けられる。

リターンスプリング１３は、一端部が一対の固定接点３間の絶縁支持部に支持され、他端部が可動部アセンブリ３０の上端部に形成された凹部に支持され、可動部アセンブリ３０を固定接点３から遠ざかる方向に付勢する。よって、励磁コイルアセンブリ４０のコイル６（図１０及び図１３を参照）が消磁されると、可動部アセンブリ３０は固定接点３から離隔した初期位置（元の位置）に復帰する。

上部カバー２１は、リレー１００の内部構成部を外部から遮蔽する蓋体であり、リレー１００の下部に配置される励磁コイルアセンブリ４０を外部から遮蔽する下部カバー６０とは異なり、リレー１００の上部及び中間部に配置される上部機構アセンブリ２０及び可動部アセンブリ３０を外部から遮蔽する。

絶縁支持部は、主回路端子１のリレー内部側延長部と強磁石１２やリターンスプリング１３などとを電気的に絶縁して支持する部分であり、電気的絶縁性を有する合成樹脂材で構成されるようにしてもよい。可動部アセンブリ３０は、図１２に示すように、シャフト５、可動接触子４ａ、コンタクトスプリング７及び可動コア１０を含む。

シャフト５は、大きい直径を有する上部大直径部と上部より小さい直径を有する下部小直径部とを含む円筒状の部材であって、電気的絶縁材で形成してもよい。シャフト５の上部大直径部は、リターンスプリング１３の下端部を支持する上端部の凹部と、凹部の下方に配置されてコンタクトスプリング７を収容する中空部と、可動接触子４ａの貫挿を許容するように前後方向に形成されて垂直方向に所定の長さだけ開放される開口部とを含む。

シャフト５の下部小直径部は、可動コア１０の内径部に圧入できる所定の外径を有する。よって、シャフト５の下部小直径部を可動コア１０の内径部に圧入することにより、シャフト５と可動コア１０が結合され、結合された状態でシャフト５と可動コア１０は共に同じ方向に移動することになる。

可動接触子４ａは、銅などの導電材金属板で形成され、図１２に示すように、シャフト５の開口部を貫通するように挿入され、可動接触子４ａの長手方向の中心部が下方のコンタクトスプリング７により上方に付勢されて開口部の上部に接触するように設けられる。

可動接触子４ａの長手方向の両端部の上面には、可動接点４がそれぞれ溶接されて設けられる。コンタクトスプリング７は、圧縮ばねであって、シャフト５の中空部に設けられるが、コンタクトスプリング７の上端部は可動接触子４ａの長手方向の中心部を支持し、コンタクトスプリング７の下端部はシャフト５の中空部の底面に支持される。

よって、コンタクトスプリング７は、シャフト５の中空部で圧縮又は元の状態への伸張を行うことができる。可動コア１０は、中空円筒状の鉄心で構成されてもよい。可動コア１０の下端部には、図１０及び図１５に示すように、ゴムパッド１１が圧入結合される。励磁コイルアセンブリ４０が消磁されると、リターンスプリング１３により可動コア１０が下降して元の位置に復帰するが、このときに可動コア１０が外箱５０の内部底面に衝突することにより発生する衝突騒音と衝撃を緩和するために設けられるのがゴムパッド１１である。

可動コア１０の中空部分にシャフト５の下部小直径部を圧入することにより、可動コア１０とシャフト５の結合が行われる。可動コア１０は、励磁コイルアセンブリ４０からの磁界により磁化（励磁）され、励磁コイルアセンブリ４０から印加される垂直方向の磁界に反発して上昇し、励磁コイルアセンブリ４０が消磁されると共に消磁されてシャフト５の上端部に作用するリターンスプリング１３の付勢力により下降する。

励磁コイルアセンブリ４０は、図１３に示すように、ボビン８、コイル６、ヨーク９及び制御信号受信端子２を含むように構成される。

ボビン８は、可動コア１０の進入又は離脱を許容するように中空円筒状に設けられる本体部と、本体部の上端及び下端に形成されてコイル６の巻回限界を規定するフランジ部とを含み、本体部にコイル６が巻回される。コイル６は、ボビン８の本体部に巻回され、制御信号受信端子２に制御信号が供給されるか否かによって励磁（磁化）又は消磁される。

ヨーク９は、図１０に示すように、ボビン８の外部を囲むように形成され、コイル６が励磁されたときにコイル６により発生する磁束が循環する経路を提供する。制御信号受信端子２は、図１０及び図１３に示すように、巻回されたコイル６を貫通するように設けられる。コイル６は、制御信号受信端子２を介して制御信号が受信されると当該制御信号により励磁され、当該制御信号の受信が中断されると消磁される。

図９、図１０及び図１４に示すように、外箱５０は、リレー１００の構成部品を収納し、電気的絶縁性を有する合成樹脂材で形成される。特に、外箱５０は、図１４に示すように、部品の収納のために一面が開放されて内部に空間を有し、他の５面は塞がっている直方体の箱状部材で形成されてもよい。

下部カバー６０は、図１４に示すように、リレー１００の内部構成部を外部から遮蔽する蓋体であり、リレー１００の上部及び中間部に配置される上部機構アセンブリ２０及び可動部アセンブリ３０を外部から遮蔽する上部カバー２１とは異なり、リレー１００の下部に配置される励磁コイルアセンブリ４０を外部から遮蔽する。下部カバー６０は、制御信号受信端子２の露出のための貫通を許容するように対応して形成された２つの貫通口部を有する。

以下、前述したように構成される従来技術によるリレー１００の動作について簡単に説明する。

図１０に示すようなリレー１００のオフ状態で、制御信号受信端子２を介して制御信号が供給されると、コイル６が励磁され、コイル６から印加された垂直磁界により可動コア１０も励磁されて反発して上昇する。

すると、可動コア１０に下端部が結合されたシャフト５もリターンスプリング１３の付勢力に打ち勝って共に上昇し、シャフト５とコンタクトスプリング７に支持される可動接触子４ａも上昇する。

従って、可動接触子４ａの両端部の上面に溶接された両可動接点４が上昇して対応する一対の固定接点３に接触することにより、オン状態（オン動作状態）となるが、図１５に示す状態がオン状態である。

すると、正の主回路端子１から固定接点３、可動接点４、可動接触子４ａ、固定接点３及び負の主回路端子１への閉回路が形成されることにより、正の主回路端子１から負の主回路端子１への通電経路が形成され、直流電力がリレー１００を介して供給されることになる。

一方、図１５に示すオン状態で、制御信号受信端子２を介して供給されていた制御信号の供給が中断されると、コイル６が消磁され、コイル６から印加されていた垂直磁界がなくなって可動コア１０も消磁され、可動コア１０の上昇駆動力が消滅する。すると、シャフト５の上端部に作用するリターンスプリング１３の付勢力によりシャフト５が下降し、シャフト５とコンタクトスプリング７に支持される可動接触子４ａも下降する。

従って、可動接触子４ａの両端部の上面に溶接された両可動接点４が下降して対応する一対の固定接点３から分離することにより、オフ状態となるが、図１０に示す状態がオフ状態である。すると、正の主回路端子１から負の主回路端子１への通電経路が遮断され、リレー１００を介して供給されていた直流電力の供給が中断される。

以下、オン動作の初期に接点周辺から発生する電磁反発力について図１６を参照して説明する。同図に示すように、正の主回路端子１に接続された固定接点３（図１６における左側の固定接点３）に流れてきた電流は可動接触子４ａを介して固定接点３（図１６における右側の固定接点３）に流れていくが、流入電流Ｉ１の方向（下方向）と流出電流Ｉ２の方向（上方向）が逆であるので、可動接触子４ａを固定接点３から押し出す電磁反発力Ｆが接点間に発生する。

また、強磁石１２からの磁界Ｂにより可動接触子４ａと固定接点３間に発生するアークは外側に押し出す力Ｆ１、Ｆ２を受ける。従って、オン動作の初期に可動接点が固定接点に対する接離を高速で繰り返すチャタリング（chattering）現象が発生する（図１７における点線の円Ａを参照）。

バッテリディスコネクトユニットのプリチャージリレーは電気自動車を始動するときに初期突入電流をバイパスする手段であるので、このようなチャタリング現象が発生すると、初期突入電流をバイパスする時間が遅延し、それにより、バッテリディスコネクトユニットのメインリレーが突入電流により損傷して寿命が短くなるという問題が生じる。

また、プリチャージリレーは、図１０及び図１５に示すように可動接触子４ａが中央部分のみコンタクトスプリング７に支持されているので、２つの可動接点４がそれぞれ固定接点３に接触するときにその接触の程度のばらつきが大きく、それにより、時間が経過するにつれてそれぞれ２つである可動接点４及び固定接点３のいずれか一方のみ偏摩耗し、それはプリチャージリレーの基本性能（初期突入電流バイパス機能）の実行に悪影響を及ぼすという問題がある。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、チャタリング現象の発生を防止すると共に接点接触時のばらつきを根本的に解消できるリレーを提供することを目的とする。

本発明の特徴構成は、第１固定接点及び第２固定接点を有する固定接点と、前記第１固定接点に接触する第１位置と前記第１固定接点から分離する第２位置とに移動可能な可動接点と、前記可動接点と前記第２固定接点とを常時電気的に接続する導電接続子と、前記可動接点に前記第１位置又は前記第２位置に移動する駆動力を供給する駆動機構とを含み、
前記駆動機構は、磁化すると前記可動接点が前記第１位置に位置するように駆動力を供給するコイルを含むコイルアセンブリと、前記コイルアセンブリ内に固定設置される固定コアと、前記可動接点と同軸であり、前記可動接点を支持して前記可動接点と共に移動可能なシャフトと、前記可動接点を前記固定接点に接触する方向に付勢するように前記可動接点に接触する一端を有するコンタクトスプリングと、前記シャフトの下部に接続され、前記コイルの磁化又は消磁によって前記固定コアに接近する位置と前記固定コアから分離する位置とに移動可能な可動コアとを含み、
前記固定コアと前記可動コアのいずれかの内径部に挿入されるように前記固定コアと前記可動コア間に設けられ、前記可動コアを前記固定コアから分離する方向に付勢するリターンスプリングをさらに含み、
前記可動接点が、前記駆動機構によって前記第１位置に位置しているときに、前記可動接点は前記第２固定接点との間に間隙を有しており、前記第２位置における前記第１固定接点と前記可動接点との距離は、予め設定された絶縁距離より長くなるように設定され、前記導電接続子の一方の端部が、前記可動接点に溶接により接続されており、前記導電接続子の他方の端部が前記第２固定接点に溶接により接続されている点にある。

この特徴構成によると、可動接点といずれかの固定接点とを常時電気的に接続する導電接続子を含むので、従来技術に比べて、閉路動作（オン動作）時の電磁反発力を減少させることができ、チャタリング現象を大幅に抑制することができるという効果がある。
また、駆動機構は、可動接点と同軸であり、可動接点を支持して可動接点と共に移動可能なシャフトを含むので、可動接点の軸とシャフトの軸が異なる従来技術に比べて、可動接点の移動のための駆動力を確実に伝達することができるという効果がある。
更に、固定コアと可動コアのいずれかの内径部に挿入されるように固定コアと可動コア間に設けられるリターンスプリングを含むので、可動コアを固定コアから分離する方向に付勢することができ、リターンスプリングが位置を離脱することなく固定コアと可動コアのいずれかの内径部で位置を安定して維持することができるという効果がある。

他の構成として、前記可動接点は、単一接点で構成されても良い。

これによると、可動接点は、単一接点で構成されるので、２つの接点を持つ場合に接点のいずれか一方のみ偏って接触し、この接触による接点の偏摩耗が発生することを根本的に防止することができ、プリチャージリレーの動作信頼性を向上させることができ、接点寿命を長くすることができるという効果がある。

他の構成として、前記導電接続子は、一端が前記可動接点に接続されて他端が前記第２固定接点に接続される軟銅線で構成されても良い。

これによると、導電接続子は、一端が可動接点に接続されて他端が第２固定接点に接続される軟銅線で構成されるので、頻繁な可動接点の移動と接点の接触衝撃に対しても、柔軟に伸縮することにより、優れた機械的耐久性を提供することができると共に、優れた通電経路としての機能を提供することができるという効果がある。

他の構成として、前記第２固定接点周辺には設けられずに前記第１固定接点周辺にのみ設けられてアークから接点を保護する永久磁石をさらに含んでも良い。

これによると、第２固定接点周辺には設けられずに第１固定接点周辺にのみ設けられてアークから接点を保護する永久磁石を含むので、第２固定接点周辺にも永久磁石を設ける従来技術に比べて、永久磁石の設置サイズ（面積）を低減することができ、プリチャージリレーの製造コストを削減することができるという効果がある。

他の構成として、前記シャフトは、前記可動接点に結合されて前記可動接点が遊動しないように支持しても良い。

これによると、シャフトは、可動接点に結合されるので、可動接点が遊動し得る従来技術に比べて、固定接点との接触位置が一定になるという効果がある。

オフ状態のリレーの内部構成を示す縦断面図である。リレーの上部機構アセンブリの構成を示す斜視図である。リレーの駆動機構の構成を示す分解斜視図である。リレーの励磁コイルアセンブリの構成を示す斜視図である。リレーの要部分解斜視図である。オン状態のリレーの内部構成を示す縦断面図である。リレーにおける電磁反発力の減少の根拠を明確に説明するための図である。リレーにおける電磁反発力によるチャタリング現象が従来技術に比べて微小であることを示す波形図である。従来技術又は本発明によるリレーの外形を示す斜視図である。従来技術によるオフ状態のリレーの内部構成を示す縦断面図である。従来技術によるリレーの上部機構アセンブリの構成を示す斜視図である。従来技術によるリレーの可動部アセンブリの構成を示す斜視図である。従来技術によるリレーの励磁コイルアセンブリの構成を示す斜視図である。従来技術によるリレーの要部分解斜視図である。従来技術によるオン状態のリレーの内部構成を示す縦断面図である。従来技術によるリレーにおける流入電流及び流出電流の方向に起因する電磁反発力の発生を説明するための図である。従来技術によるリレーにおける電磁反発力によるチャタリング現象を示す波形図である。

図１〜図８に本発明のリレー１００の好ましい実施形態を示している。リレー１００は、図１、図５に示すように、上部機構アセンブリ２０、駆動機構に含まれるシャフトアセンブリ３０−１、導電接続子１４、駆動機構に含まれる励磁コイルアセンブリ４０、外箱５０及び下部カバー６０を含むように構成される。

上部機構アセンブリ２０は、図２の斜視図に示すように、主回路端子１、固定接点としての第１固定接点３−１及び第２固定接点３−２、強磁石（フェライト磁石）２２、上部カバー２１、絶縁支持部などを含む。

図２は上部機構アセンブリ２０の構成を示すために上下転倒させて示すものであり、組み付け時に上部機構アセンブリ２０は図５に示す姿勢で組み付けられる。

主回路端子１は、図２では絶縁支持部により見えないが、上部カバー２１を貫通してリレー１００の内側に第１固定接点３−１及び第２固定接点３−２まで延びる薄い棒状の導体部を有し、図２で第１固定接点３−１及び第２固定接点３−２の下方に見える接点部が前述した導体部の一部である。

第１固定接点３−１及び第２固定接点３−２は、主回路端子１のうち正極側の主回路端子１に接続される固定接点と、負極側の主回路端子１に接続される固定接点とを含み、主回路端子１の接点部にそれぞれ溶接されて設けられる。

強磁石２２は、強磁性を有する永久磁石で構成され、第１固定接点３−１と可動接点４−１が接触状態から分離するときに発生するアークを、その周囲に発生する磁束により第１固定接点３−１と可動接点４−１の側方に誘導して消弧するために設けられる。

本発明の好ましい一態様において、強磁石２２は、第１固定接点３−１の左右にのみ設けられ、第２固定接点３−２の周囲には設けられない。これは、本発明の好ましい一態様においては、後述する可動接点４−１に接離する固定接点は第１固定接点３−１のみであり、第２固定接点３−２は導電接続子１４を介して可動接点４−１に常に電気的及び機械的に接続されているので、第２固定接点３−２ではアークが発生しないからである。

上部カバー２１は、リレー１００の内部構成部を外部から遮蔽する蓋体であり、図５に示すように、リレー１００の下部に配置される励磁コイルアセンブリ４０の下部を外部から遮蔽する下部カバー６０とは異なり、リレー１００の上部及び中間部に配置されるシャフトアセンブリ３０−１及び励磁コイルアセンブリ４０を外部から遮蔽する。

絶縁支持部は、主回路端子１のリレー内部側延長部と強磁石２２などとを電気的に絶縁して支持する部分であり、電気的絶縁性を有する合成樹脂材で構成されるようにしてもよい。

本発明の好ましい一実施形態によるリレー１００は、第１固定接点３−１に接触する第１位置又は第１固定接点３−１から分離する第２位置に移動する駆動力を可動接点４−１に供給する駆動機構を含む。

駆動機構に含まれるシャフトアセンブリ３０−１は、図３に示すように、シャフト５−１、可動接点４−１、コンタクトスプリング７−１、固定コア１５及び可動コア１０−１を含む。

シャフトアセンブリ３０−１は、リターンスプリング１３−１をさらに含んでもよい。シャフト５−１は、長い円筒状の部材であって、剛性を有する電気的絶縁材で形成されるようにしてもよい。

シャフト５−１の上端部は、可動接点４−１に溶接などの方法により結合され、シャフト５−１の下端部は、可動コア１０−１に挿入されてピンなどの接続部材により可動コア１０−１に結合されるようにしてもよい。

シャフト５−１は、可動接点４−１と同軸（図１の符号Ａを参照）であり、可動接点４−１を支持して可動接点４−１と共に移動可能になっている。

シャフト５−１が可動接点４−１と同軸であり、可動接点４−１を支持して可動接点４−１と共に移動可能な構成となっているので、可動接点の軸（図１０の符号ａ１、ａ２を参照）とシャフトの軸（図１０の符号ｂを参照）が異なる従来技術に比べて、可動接点４−１の移動のための駆動力を確実に伝達できるという効果を発揮する。

また、シャフト５−１と可動コア１０−１とは、結合された状態で一体に同じ方向に移動可能である。

可動接点４−１は、導電材で形成され、図１及び図３に示すように、可動接点４−１の下部がコンタクトスプリング７−１により上方の第１固定接点３−１に接触するように上方への付勢力を受けるように設けられる。

図１２を参照すると、従来技術による可動接点４及び可動接触子４ａはコンタクトスプリング７のみによって支持されてシャフト５の中空部で遊動する構成であるのに対して、本発明の好ましい一態様による可動接点４−１は、シャフト５−１に結合された構成を有していて遊動がないので、第１固定接点３−１との接触位置が一定である。

本発明の好ましい一態様において、可動接点４−１は、一対の接点を有する従来技術とは異なり、単一接点で構成される。可動接点４−１は、第１固定接点３−１に接触する第１位置と第１固定接点３−１から分離する第２位置とに移動可能である。

図１及び図３に示すように、可動接点４−１を第１固定接点３−１に接触する方向に付勢するように、コンタクトスプリング７−１は、可動接点４−１に接触する一端（同図における上側の端部）を有する。

本発明の好ましい一態様においては、図１及び図３に示すように、コンタクトスプリング７−１の他端は、ヨーク９のうち上部ヨークに支持される。しかし、これに限定されるものではなく、コンタクトスプリング７−１の他端は、可動コア１０−１の上面に支持されるようにしてもよく、また、可動コア１０−１の上面がコンタクトスプリング７−１の他端を収容するための凹部を有するようにしてもよい。

コンタクトスプリング７−１は、圧縮コイルばねで構成されてもよく、特に、コンタクトスプリング７−１の上端部は可動接点４−１の下部に支持され、コンタクトスプリング７−１の下端部は前述したようにヨーク９のうち上部ヨークに支持される。

本発明の好ましい一態様において、コンタクトスプリング７−１は、下端部がヨーク９のうち上部ヨークの中心部に形成された貫通口部に挿入されて支持されるように、下方に行くほどその直径が小さくなるテーパ状、換言すれば円錐形の圧縮コイルばねで構成されてもよい。

固定コア１５は、電気的絶縁材で形成される円筒状の部材で構成されてもよく、半径方向の中心部にはシャフト５−１の垂直貫通を許容する中心貫通口部を有し、中心貫通口部の下部には、中心貫通口部より大きい口径で形成され、リターンスプリング１３−１の一端部（図１における上側の端部）を支持する下部スプリング支持凹部を有する。

よって、リターンスプリング１３−１の外径は、固定コア１５の下部スプリング支持凹部の直径より小さく、固定コア１５の中心貫通口部より大きい。

固定コア１５の役割は、リレー１００のターンオン動作時の可動コア１０−１の移動距離を規定することと、リターンスプリング１３−１の上端部を支持することである。

可動コア１０−１は、中空円筒状の鉄心で構成されてもよい。可動コア１０−１の下端部には、前述した従来技術と同様に、ゴムパッドが圧入結合されるようにしてもよい。

励磁コイルアセンブリ４０が消磁されると、リターンスプリング１３−１により可動コア１０−１が下降して元の位置に復帰するが、このときに可動コア１０−１が外箱５０の内部底面に衝突することにより発生する衝突騒音と衝撃を緩和するために設けられるのがゴムパッドである。

可動コア１０−１の中空部分にシャフト５−１の下部を挿入し、その後、可動コア１０−１及びシャフト５−１の下部に水平方向にピンを貫通させ、貫通したピンの両端部を圧着することにより、可動コア１０−１とシャフト５−１の結合が行われる。

前述したように、シャフト５−１の下部に接続される可動コア１０−１は、励磁コイルアセンブリ４０の後述するコイル６の磁化又は消磁によって固定コア１５に接近する位置と固定コア１５から分離する位置とに移動可能である。

すなわち、可動コア１０−１は、励磁コイルアセンブリ４０からの磁界により磁化（励磁）され、励磁コイルアセンブリ４０から印加される垂直方向の磁界により上昇し、励磁コイルアセンブリ４０が消磁されると共に消磁されて可動コア１０−１の上端部に作用するリターンスプリング１３−１の付勢力により下降する。

リターンスプリング１３−１は、固定コア１５と可動コア１０−１のいずれかの内径部に挿入されるように固定コア１５と可動コア１０−１間に設けられ（図１に示す実施形態においては、固定コア１５に挿入されるように設けられる）、可動コア１０−１を固定コア１５から分離する方向に付勢する。

コイル６が消磁されたときにコンタクトスプリング７−１の付勢力に打ち勝って可動コア１０−１を固定コア１５から分離するように移動させる駆動力を可動コア１０−１に供給するために、リターンスプリング１３−１の弾性係数は、コンタクトスプリング７−１の弾性係数より大きくする。

一方、本発明の好ましい一実施形態によるリレー１００に含まれる導電接続子１４は、本発明の好ましい一態様によれば、可動接点４−１と第２固定接点３−２を常に（常時）電気的に接続する手段として設けられる。

本発明の好ましい一態様において、導電接続子１４は、一端が可動接点４−１に接続されて他端が第２固定接点３−２に接続される軟銅線（あるいは、フレキシブル銅線、フレキシブルワイヤ）で構成される。他の態様として、軟銅線は、可動接点４−１の移動に問題のない長さを有する電線で代替することができ、導電接続子１４は、可動接点４−１の移動を許容すると共に可動接点４−１と第２固定接点３−２とを常時電気的に接続する導電材であれば、他の代替物で代替することができる。

例えば、導電接続子１４の一端は、スポット溶接を含む溶接により可動接点４−１に接続され、導電接続子１４の他端は、スポット溶接を含む溶接により第２固定接点３−２に接続されるようにしてもよい。

一方、導電接続子１４により可動接点４−１と第２固定接点３−２とが常時接続されているので、オフ状態の場合における可動接点４−１と第１固定接点３−１との間の絶縁距離を確保するために、可動接点４−１と第１固定接点３−１との間の離隔距離（絶縁距離）は、前述した従来技術による可動接点と固定接点との間の離隔距離（絶縁距離）の２倍となるように長くしてもよい。

次に、駆動機構の励磁コイルアセンブリ４０の構成について図４及び図１を参照して説明する。

励磁コイルアセンブリ４０は、図４及び図１に示すように、ボビン８、コイル６、ヨーク９及び制御信号受信端子２を含むように構成される。

ボビン８は、従来技術と同様に、可動コア１０−１の進入又は離脱を許容するように中空円筒状に設けられる本体部と、本体部の上端及び下端に形成されてコイル６の巻回限界を規定するフランジ部とを含み、本体部にコイル６が巻回される。

コイル６は、ボビン８の本体部に巻回され、制御信号受信端子２に制御信号が供給されるか否かによって励磁（磁化）又は消磁される。

なお、本発明の好ましい一実施形態によるリレー１００においては、オフ状態の場合における可動接点４−１と第１固定接点３−１との間の絶縁距離が従来技術より長くなった構成変化に応じて、コイル６による磁界の強度を従来技術より大きくしなければならない。これにより、ボビン８の大きさも従来技術より大きくしなければならず、ボビン８に巻回されるコイル６の巻線量も従来技術より多くしなければならない。

ヨーク９は、図１に示すように、ボビン８の外部を囲むように形成され、コイル６が励磁されたときにコイル６により発生する磁束が循環する経路を提供する。

本発明の好ましい一態様において、固定コア１５は、ヨーク９のうち上部ヨークの底面に例えばレーザ溶接により溶接され、ヨーク９に結合される。

制御信号受信端子２は、図１及び図４に示すように、巻回されたコイル６を貫通するように設けられる。コイル６は、制御信号受信端子２を介して制御信号が受信されると当該制御信号により励磁され、当該制御信号の受信が中断されると消磁される。

図１及び図５に示すように、外箱５０は、本発明によるリレー１００の構成部品を収納し、電気的絶縁性を有する合成樹脂材で形成されてもよい。特に、外箱５０は、図５に示すように、部品の収納のために一面が開放されて内部に空間を有し、他の５面は塞がっている直方体の箱状部材で形成されてもよい。

下部カバー６０は、図５に示すように、リレー１００の内部構成部を外部から遮蔽する蓋体であり、リレー１００の上部及び中間部に配置される上部機構アセンブリ２０及び可動部アセンブリ３０を外部から遮蔽する上部カバー２１とは異なり、リレー１００の下部に配置される励磁コイルアセンブリ４０の下部を外部から遮蔽する。

下部カバー６０は、制御信号受信端子２の露出のための貫通を許容するように対応して形成された２つの貫通口部を有する。

以下、前述したように構成される本発明の好ましい一実施形態によるリレー１００の動作について簡単に説明する。

図１に示すようにリレー１００のオフ状態で、制御信号受信端子２を介して制御信号が供給されると、コイル６が励磁され、コイル６から印加された垂直磁界により可動コア１０−１も励磁されて上昇する。

すると、可動コア１０−１に下部が結合されたシャフト５−１もリターンスプリング１３−１の付勢力に打ち勝って共に上昇し、シャフト５−１により支持される可動接点４−１も上昇する。

このように可動接点４−１が上昇して対応する第１固定接点３−１に接触することにより、オン状態（オン動作状態）となるが、図６に示す状態がオン状態である。

すると、正の主回路端子１から第１固定接点３−１、可動接点４−１、導電接続子１４、第２固定接点３−２及び負の主回路端子１への閉回路が形成されることにより、正の主回路端子１から負の主回路端子１への通電経路が形成され、直流電力がリレー１００を介して供給されることになる。

一方、図６に示すオン状態で、制御信号受信端子２を介して供給されていた制御信号の供給が中断されると、コイル６が消磁され、コイル６から印加されていた垂直磁界がなくなって可動コア１０−１も消磁され、可動コア１０−１の上昇駆動力が消滅する。

すると、可動コア１０−１の上面に作用するリターンスプリング１３−１の付勢力によりシャフト５−１が下降し、シャフト５−１により支持される可動接点４−１も下降する。

このように可動接点４−１が下降して対応する第１固定接点３−１から分離することにより、オフ状態となるが、図１に示す状態がオフ状態である。

すると、正の主回路端子１から負の主回路端子１への通電経路が遮断され、リレー１００を介して供給されていた直流電力の供給が中断される。

以下、オン動作の初期に接点周辺から発生する電磁反発力について図７を参照して説明する。

同図に示すように、正の主回路端子１に接続された第１固定接点３−１に流れてきた電流は可動接点４−１と導電接続子１４を介して第２固定接点３−２に流れていくが、流入電流Ｉ１の方向（下方向）と流出電流Ｉ２の方向（上方向）が逆であるので、可動接点４−１を第１固定接点３−１から押し出す電磁反発力が接点間に発生するが、従来技術とは異なり、第２固定接点３−２が導電接続子１４を介して可動接点４−１に接続された状態であるので、電磁反発力が最小限に抑えられる。ここで、可動接点４−１から導電接続子１４を介して第２固定接点３−２に流れる電流をＩ３と示す。

また、強磁石２２からの磁界Ｂにより可動接点４−１と第１固定接点３−１間に発生するアークは外側に押し出す力Ｆ１を受ける。

従って、オン動作の初期に可動接点が固定接点に対する接離を高速で繰り返すチャタリング現象は無視できる程度に抑制される（図８を参照）。

本発明は、固定接点と可動接点とを有するリレーに利用することができる。

１主回路端子
２制御信号受信端子
３−１第１固定接点
３−２第２固定接点
４−１可動接点
５−１シャフト
６コイル
７−１コンタクトスプリング
８ボビン
９ヨーク
１０−１可動コア
１３−１リターンスプリング
１４導電接続子
１５固定コア
２０上部機構アセンブリ
２１上部カバー
２２強磁石
３０可動部アセンブリ
３０−１シャフトアセンブリ
４０励磁コイルアセンブリ
５０外箱
６０下部カバー
１００リレー

Claims

第１固定接点及び第２固定接点を有する固定接点と、
前記第１固定接点に接触する第１位置と前記第１固定接点から分離する第２位置とに移動可能な可動接点と、
前記可動接点と前記第２固定接点とを常時電気的に接続する導電接続子と、
前記可動接点に前記第１位置又は前記第２位置に移動する駆動力を供給する駆動機構とを含み、
前記駆動機構は、
磁化すると前記可動接点が前記第１位置に位置するように駆動力を供給するコイルを含むコイルアセンブリと、
前記コイルアセンブリ内に固定設置される固定コアと、
前記可動接点と同軸であり、前記可動接点を支持して前記可動接点と共に移動可能なシャフトと、
前記可動接点を前記固定接点に接触する方向に付勢するように前記可動接点に接触する一端を有するコンタクトスプリングと、
前記シャフトの下部に接続され、前記コイルの磁化又は消磁によって前記固定コアに接近する位置と前記固定コアから分離する位置とに移動可能な可動コアとを含み、
前記固定コアと前記可動コアのいずれかの内径部に挿入されるように前記固定コアと前記可動コア間に設けられ、前記可動コアを前記固定コアから分離する方向に付勢するリターンスプリングをさらに含み、
前記可動接点が、前記駆動機構によって前記第１位置に位置しているときに、前記可動接点は前記第２固定接点との間に間隙を有しており、
前記第２位置における前記第１固定接点と前記可動接点との距離は、予め設定された絶縁距離より長くなるように設定され、
前記導電接続子の一方の端部が、前記可動接点に溶接により接続されており、前記導電接続子の他方の端部が前記第２固定接点に溶接により接続されていることを特徴とするリレー。
前記可動接点は、単一接点で構成されることを特徴とする請求項１に記載のリレー。
前記導電接続子は、一端が前記可動接点に接続されて他端が前記第２固定接点に接続される軟銅線で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のリレー。
前記第２固定接点周辺には設けられずに前記第１固定接点周辺にのみ設けられてアークから接点を保護する永久磁石をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリレー。
前記シャフトは、前記可動接点に結合されて前記可動接点が遊動しないように支持することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリレー。