JP4038950B2

JP4038950B2 - 電磁継電器

Info

Publication number: JP4038950B2
Application number: JP35774399A
Authority: JP
Inventors: 淳夫岡林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: JP2001176370A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消弧手段を備えた電磁継電器に関し、例えば、電気自動車に適用されると好適な電磁継電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の電磁継電器は、例えば、電気自動車用走行回路のメインリレーに使用される電磁継電器として具体化されている（例えば特開平７−２３５２４８号公報）。図５のようなソレノイド部１のプランジャ１７の進退により接点が開閉する電磁継電器において、開放型の作動室Ｒ（以下接点室、或いは消弧室と呼ぶ）に配設された接点ギャップｇを挟んで前後又は左右に一対の永久磁石７を互いに磁界を強め合う配列で対向させることで、過電流を負荷回路に流さぬようにするため、過電流が負荷回路に発生時に、短絡可能な接点を開放させ、しかも開放にて生じるアークの拡散性を向上させるので、小型で消弧性能にすぐれ電気自動車用に好適な電磁継電器を形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電気自動車等の用途では、過電流発生時には確実に接点を開放させ、しかも接点耐久性を高めることが求められているが、その対策として上記構造に加えて、例えば接点の導通不良の原因となる異物が接点室Ｒに入らぬように、接点室を密封しガス封入した構造が考えられる。しかしながら、接点室を密封する構造では高価な材料を使ったり、また特別な加工が必要となり、構造も複雑となるため、電磁継電器自体も高価となる。
【０００４】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、したがってその目的は、優れた接点耐久性と、アークの拡散性を効率的に達成できる強い消弧作用とを備え、しかも電気自動車等に搭載可能な小型で安価な電磁継電器の消弧装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の電磁継電器によれば、接点ギャップｇを形成する可動接点部と固定接点部とが並列接続に接離可能であるので、複数組、例えばｎ組のうち、（ｎ−１）組の接点が導通不良になったとしても車両の走行は可能である。このため、少なくとも２組以上の複数接点により並列接続される電気回路の故障は、単独接点の故障に比べ、故障の発生確率は略零に等しい。
【０００７】
本発明の目的の一つは上述で既に述べたように安価な電磁継電器を提供することであるから、本発明の請求項１によれば、複数組の可動接点担持体に対応して形成される１組あるいは複数組の前記両接点ギャップの間に挟まれた第１、第２の磁石を少なくとも１組からなる消弧手段に構成を簡素化することが可能である。しかも、優れた接点耐久性と、アークの拡散性を効率的に達成でき、しかも電気自動車等に搭載可能な小型で安価な電磁継電器を提供することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電磁継電器に具体化した実施形態を図面に従って説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の電磁継電器の消弧装置を図１、２を参照して説明する。図１は、本実施形態の電磁継電器の図２中Ι矢視の軸方向断面図であり、図２は、平面図である。
【００１１】
図１に示す電磁継電器は、ソレノイド部１と、ソレノイド部１の上端に固定されるスイッチＳとからなる。
【００１２】
まず、以下ソレノイド部１の構造について説明する。ソレノイド部１には、電気自動車などへ固定するためのブラッケット１９が、後述するプレート１０と共に天井付き円筒形状のヨーク１１の下端開口部にかしめられている。このヨーク１１には、ボビン１２に巻装されたコイル１３が同軸状に収容されている。
【００１３】
ボビン１２の下端部には輪板状の磁性材からなるプレート１０がインサート成形により同軸状に固定されており、上述のようにプレート１０とブラッケト１９はヨーク１１の周壁の開口端に配置され、かしめられている。また、ヨーク１１の上端部には輪板状の磁性材からなるプレート１４が固定されており、このプレート１４は、スイッチＳを後述するねじ２０によりソレノイド部１に固定するための雌ねじを有している。コイル１３の孔部内奥には、円柱状の磁性部材である固定コア１５がプレート１０に当接するまで嵌挿されており、コイル１３の孔部上部には、円柱状の磁性部材であるプランジャ１７が嵌挿されている。
【００１４】
また、固定コア１５とボビン１２との間にリターンスプリング１６が介挿されており、リターンスプリング１６の基端は固定コア１５の外周面に設けられた段差に係止され、リターンスプリング１６の付勢端はプランジャ１７を図１中、上方へ付勢している。プランジャ１７の上端面は樹脂からなる後述する絶縁ブッシュ（本発明でいうインシュレータ）１８と当接する。なお、８１、８２はコイルの両端に接続されるターミナルである。
【００１５】
ここで、本発明の実施形態の電磁継電器を具体化したソレノイド部１のインシュレータ１８について以下説明する。インシュレータ１８は、下端側が、プランジャと一体で進退するに適した形状、例えば円筒状の台座部１８ａであり、上端側が、後述する可動接点部である複数の可動接点担持体４と係合する二股部１８ｂであって、例えば図２中のハッチング部の如くＴ字状に形成されている。さらに図１に示す通り、円筒状の台座部１８ａの径方向の幅より、二股部１８ｂの幅が小さくするので、後述するスイッチＳ構造で説明するように開口部Ｒ５に作動室Ｒ間と連絡する空間を確保ができ、しかも複数組の接点からなる並列接続の回路にしても装置体格の増大を抑えることができる。
【００１６】
次に、本発明の実施形態の電磁継電器を具体化したスイッチ部Ｓの構造について以下説明する。スイッチ部Ｓは、樹脂成形された略直方体状のカバー２を有し、カバー２の下端面は樹脂からなる略直方体状のポール３に当接しており、カバー２の下端開口は中央部を除いてポール３により遮蔽されている。カバー２及びポール３はねじ２０（図２参照）によりプレート１４に締結、固定されている。
【００１７】
図２に示すようにカバー２の内部には上記下端開口に連通する作動室Ｒが複数組例えば、２組平行に配列されおり、その作動室Ｒは略角箱状に凹設されている。また、複数組例えば２組の作動室Ｒにはそれぞれ可動接点担持体４が進退可能に作動室Ｒの周壁に挟まれて配置されている。
【００１８】
さらに、可動接点部である複数組の可動接点担持体４を１つのインシュレータ１８によりプランジャ１７に連動してプランジャ１７軸方向に進退可能に作動室Ｒ（例えば、後述するＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）間を連絡させる開口部Ｒ５を設ける。さらに、この開口部Ｒ５は、作動室Ｒ毎のそれぞれの消弧空間を相互に拡大した消弧空間を形成する。
【００１９】
次に、両作動室Ｒの底面中央からは、軸方向下方へ向けて略円柱状のストッパ（本発明でいうストッパ部）２１がそれぞれ垂下しており、ストッパ２１とインシュレータ１８との間に上述の可動接点担持体４が挟まれ、リターンスプリング１６がプランジャ１７及びインシュレータ１８を通じて可動接点担持体４をストッパ２１に押し付けている。
【００２０】
また、可動接点担持体４は、図２に示すように良導体金属からなる長板形状を有し、図１中、水平な左右方向に延設されている。可動接点担持体４の下端面の左右端部中央寄りには可動接点４０がそれぞれ固定されており、更に可動接点担持体４の前後端部は所定の曲率で上方へ湾曲してアークランナ部４１となっている。５はストッパ２１に巻装された接点スプリングであり、可動接点担持体４を下方へ付勢している。
【００２１】
さらに、固定接点部である固定接点担持体６について説明すると、作動室Ｒに面するポール３の上面にはインシュレータ１８を隔てて、図１に示すように一対の長溝がそれぞれ図１中の紙面に直角方向に凹設されており、これら長溝に一対の固定接点担持体６が図２の如く個別に固定されている。両固定接点担持体６の一端側６ａは良導体金属からなる略長板形状を有し、その上面には可動接点４０に所定寸法の接点ギャップｇを隔てて対面する固定接点６０が複数組の可動接点４０に対応して複数組、例えば２組固定されている。なお、ポール３の上面は固定接点６０の下方にて高くなっており、固定接点担持体６はこのポール３の段差に沿って、固定接点６０の外側部分から外端に向かうにつれて次第に下方へ湾曲してアークランナ部６１となっている。また、両固定接点担持体６の他端６ｂはカバー２の外周に沿ってカバー２の上面に配設されている。この両固定接点担持体６の他端６ｂには、孔６５が形成されており、カバー２の凹設部に圧入ナット８５に螺着可能に配置されている。
【００２２】
本発明の実施形態となる電磁継電器の消弧空間を形成する作動室Ｒと、磁石からなる消弧手段について以下説明する。作動室Ｒは、上述のように複数組例えば２組の可動接点担持体４のうち、図２中に示すように一方の可動接点担持体４とで形成される前後の接点室Ｒ１，Ｒ２と他方の可動接点担持体４とで形成される前後の接点室Ｒ３，Ｒ４とインシュレータ１８を進退可能に作動室Ｒ間を連絡する開口部Ｒ５とからなり、接点室Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４にはそれぞれ可動接点４０及び固定接点６０からなる接点対が収容され、開口部Ｒ５にはインシュレータ１８が収容されている。更に、カバー２には図２に示すように各接点室Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれ近接して永久磁石室Ｒｍがカバー２の下端面から上方へ凹設されており、この永久磁石室Ｒｍに永久磁石（本発明でいう消弧手段）７がそれぞれ圧入、固定されている。
【００２３】
次に磁石からなる消弧手段について説明する。まず、上述のようにカバー２には図２に示すように各接点室Ｒ１，Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４のそれぞれ近接して永久磁石室Ｒｍがカバー２の下端面から上方へ凹設されており、この永久磁石室Ｒｍに永久磁石（本発明でいう消弧手段）７がそれぞれ圧入、固定されている。この永久磁石７は略箱型形状を有している。さらに、短絡可能な接点を開放するとき発生するアークを拡散させ早期に消失させるように、永久磁石７の配置を以下のようにする。複数組の可動接点担持体４に対応して形成される１組あるいは複数組の第１、第２の接点ギャップｇを挟む第１、第２の磁石７を複数組有し、第１の磁石同士ないし第２の磁石同士は、互いに対面する磁極面の極性が反対となる関係に保持し、かつ前記第１の磁石と前記第２の磁石とは、前記接点ギャップに対面する極性が同じ関係に保持するよう永久磁石７を配置する。具体的に説明すると例えば図２のように、一方の固定接点担持体６側の永久磁石７については互いに対面する磁極面の極性は図の如くＮ極とＳ極で、互いに対面する磁極面の極性が反対あり、他方の固定接点担持体６側の永久磁石７についても同様な関係に保持されている。また、一方の固定接点担持体６側の永久磁石７と他方の固定接点担持体６側の永久磁石７とは、Ｎ極とＮ極で、接点ギャップに対面する極性が同じ関係に保持されている。したがって、開放する接点ギャップｇ間に発生するアークに対して、この配置により磁力により生じるローレンツ力Ｆを矢印Ｆ方向に強め合せることで、アークを拡散させる強い消弧作用を発生させることができる。
【００２４】
ここで、各永久磁石７の磁極面の中心点は、図１における接点ギャップの前後方向中心位置よりも所定寸法だけ左右方向外側すなわちアークランナ４１、６１側に偏位している。この実施形態では各永久磁石７の磁極面の中心点は、各接点対４０、６０の前後方向外端と略同位置となっている。
【００２５】
次に、上記装置の動作を説明する。コイル１３に直流電流を通電すると、ヨーク１１、プレート１０、プレート１４、固定コア１５からなる固定磁路部材が磁化され、プランジャ１７がリターンスプリング１６を圧縮して固定コア１５に衝接する。このとき、プランジャ１７によりインシュレータ１８が下方に移動し、このインシュレータ１８の動作に応じて接点スプリング５に付勢されて複数組例えば、２組の可動接点担持体４が接点閉方向に移動し、両接点が閉じ、両固定接点担持体６が可動接点担持体４を通じて導通する。
【００２６】
コイル１３への通電を遮断すると、固定磁路部材の磁化が消滅し、リターンスプリング１６はプランジャ１７を上方へ押し上げ、複数組例えば、２組の可動接点担持体４はインシュレータ１８により接点スプリング５を圧縮しつつ接点開方向へ移動し、両接点が開き、両固定接点担持体６は電気的に遮断される。ストッパ部２１は可動接点担持体４の接点開方向への移動量を規制する。
【００２７】
この接点開時に接点対４０、６０間に生じるアーク電流は、複数組例えば、２組の可動接点担持体４を挟んで、その両側の永久磁石７の磁界により、矢印Ｆ方向に発生するローレンツ力Ｆにより左右方向外側へ偏向される。接点対４０、６０の左右方向外側において、両担持体４、６はアークランナ部４１、６１を有し、アークランナ部４１、６１の間の間隔は左右方向外側へ変位するにつれて徐々に拡大しているので、アーク電流すなわち放電が発生する空間が増大し、空間当たりのイオン密度が低下し、可動接点担持体４の開動に伴う両アークランナ部４１、６１の間の間隔の増大につれてアークが速やかに消去される
また、左右方向アークランナ部４１、６１側へ距離ｘだけ永久磁石７の中心が接点対４０、６０の中心より偏設されているので、アークの盛期において強力に磁界を作用することができる。
【００２８】
更に、本実施形態では、接点ギャップｇを形成する可動接点部４と固定接点部６とが並列接続に接離可能であるので、複数組、例えばｎ組のうち、（ｎ−１）組の接点が導通不良になったとしても車両の走行は可能である。このため、少なくとも２組以上の複数接点により並列接続される電気回路の故障は、単独接点の故障に比べ、故障の発生確率は略零に等しい。具体的に説明すると、単独接点の故障率をＰとする（故障率は通常ｐｐｍのオーダー）と、Ｎ組の接点の並列接続される回路の故障率は、Ｐ^Nとなり、略零と考えてよい。ここで、Ｎは大きい程、限り無く零に近づく。本実施形態の説明例としてＮ＝２組としたのは、Ｎ配列化によりスイッチＳ部の体格が増加してしまうので、現状のソレノイド部の軸心に対する径方向の体格以下に抑えるため、選択した。したがって、大型の運搬或いは移動用車両に適用される場合は、装置の体格は増加するが、３組接点以上の多組接点の並列接続される回路の電磁継電器として使用してもよい。
【００２９】
また、本実施形態では、２組の作動室Ｒ（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）間を連絡させるために、図１に示すようにカバー２の底部より凸設した周壁端面２８にインシュレータ１８のＴ字形状の二股部１８ａを進退可能に開口部Ｒ５を設けてある。ここで、アークが発生するのは、単組接点、複数組接点の並列接続される回路にかかわらず一番遅く開放する接点で発生するので、開口部Ｒ５により消弧空間を拡大できる効果が得られるので、消弧性能を一層向上させることができる。
【００３０】
さらに、複数組の接点を有する並列接続であっても消弧空間は、１組の接点を消弧させるに必要な消弧空間と開口部の両空間容積以上あればよいので、装置体格の増大を抑えることができる。このことは、比較例（特開平７−２３５２４８号公報）の消弧装置に比べて、その比較例の電磁継電器内に形成されている作動室Ｒの略半分以下の容積に小型化が可能となり、並列接点になったにもかかわらず、装置体格が増大させない要因として大きく寄与している。
【００３１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の構成はソレノイド部１は第１の実施形態と同一である。以下図３を参照して説明する。
【００３２】
図３は、本実施形態となる電磁継電器のスイッチ部Ｓを示す平面図である。消弧手段である永久磁石１０７の個数が、第１の実施形態の構成と異なる。
【００３３】
第１の実施形態では、永久磁石７が複数の両可動接点担持体４のを隔てて互いに対向してたのに対して、２個追加することにより永久磁石１０７は、全ての接点対４０、６０間の接点ギャップを隔てて互いに対向して反対極性の磁極面を有する消弧手段となったことにより、より大きなローレンツ力Ｆを生じさせることが可能となる。したがって、接点開時に接点対４０、６０間に生じるアーク電流は永久磁石１０７の磁界により発生するより強力なローレンツ力Ｆにより左右方向外側へ偏向されて、アークがより速やかに消去される。
【００３４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の構成はソレノイド部１は第１の実施形態と同一である。以下図４を参照して説明する。
【００３５】
図４は、本実施形態となる電磁継電器のスイッチ部Ｓを示す平面図である。消弧手段である永久磁石２０７の個数と配置が、第１の実施形態の構成と異なる。
【００３６】
複数組の可動接点担持体４に対応して形成される１組あるいは複数組の両接点ギャップｇの間に挟まれた第１、第２の磁石２０７を少なくとも１組有し、第１の磁石と第２の磁石とは、前記接点ギャップに対面する極性が同じ関係に保持し、第１、第２の磁石が複数組あるときに前記第１の磁石同士ないし前記第２の磁石同士は、互いに対面する磁極面の極性が反対となる関係に保持するよう永久磁石２０７を配置する。具体的に説明すると例えば図４のように、２組の可動接点担持体４の両接点ギャップｇの間に挟まれた１組の磁石２０７により消弧手段を簡素に構成することで、並列接点の長所である故障率を略零にして耐久性を向上させ、しかも消弧手段は、永久磁石２０７が２個という構成にしたことにより組立て作業性の向上と並列接点によるコストの上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態となる電磁継電器の図２中Ι矢視の軸方向断面図である。
【図２】図１の装置の平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態となる電磁継電器の消弧装置を示す平面図である。
【図４】本発明の第３実施形態となる電磁継電器の消弧装置を示す平面図である。
【図５】従来の電磁継電器の軸方向断面正面図である。
【符号の説明】
１ソレノイド部
２カバー
３ポール
４可動接点担持体（可動接点部に一部）
５接点スプリング
６固定接点担持体（固定接点部の一部）
６ａ一端側（固定接点担持体６の固定接点６０の固定側）
６ａ他端側（固定接点担持体６のナット８５に螺着可能な孔６５が形成されている側）
７、１０７、２０７永久磁石（消弧手段）
１０プレート（固定磁路部材の一部）
１１ヨーク（固定磁路部材の一部）
１４プレート（固定磁路部材の一部）
１５固定コア（固定磁路部材の一部）
１６リターンスプリング
１７プランジャ
１８絶縁ブッシュ（インシュレータ）
１８ａ台座部
１８ｂ二股部
１９ブラケット
４０可動接点
６０固定接点
４１、６１アークランナ部
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４作動室（Ｒ１〜Ｒ４は、Ｒの一部）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４接点室
Ｒａ消弧空間（消弧室）
Ｒｍ永久磁石室
Ｓスイッチ部

Claims

内蔵されるコイルへの通電の断続により軸方向に進退するプランジャを有するソレノイド部と、
前記ソレノイド部の固定磁路部材に結合されるハウジングと、
前記ハウジング内の作動室に収容されて、前記プランジャと連動するインシュレータを介して軸方向に進退するともに、可動接点を担持する可動接点部と、
固定接点を前記可動接点に対して接離可能に担持する固定接点部と、
前記両接点対間の接点ギャップ部にそれぞれ生じるアークを消弧するための消弧手段とを備える電磁継電器において、
前記可動接点部は、両端部に第１、第２の可動接点を短絡可能に担持する可動接点担持体を複数組有し、
前記固定接点部は、複数組の前記第１、第２の可動接点に対応する複数の第１、第２の固定接点を備えると共に、これら複数の第１の固定接点及び第２の固定接点のそれぞれを共通接続する第１、第２の固定接点担持体を有し、
前記接点ギャップ部は、前記第１、第２の可動接点に対応する前記第１、第２の固定接点対間に第１、第２の接点ギャップを複数組有し、
前記消弧手段は、前記可動接点担持体の間に配置され、かつその可動接点担持体に対応して形成される前記第１、第２の接点ギャップ同士の間に挟まれた第１、第２の磁石のみを有し、
当該第１、第２の磁石の配置において極性が同じ関係に保持されるように、前記磁石が前記ハウジングに固定されていることを特徴とする電磁継電器。
前記ハウジングは、前記作動室に連通する開口部を有するカバーと、前記開口部を遮蔽するポールを備え、
前記カバーの前記開口部側には、前記接点ギャップの接離方向に前記磁石を組み込むための永久磁石室が凹設されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁継電器。
前記磁石は、前記接点ギャップに対向する面が四角形であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁継電器。