EVリレー

本発明は、EVリレー(Electric Vehicle Relay)に関し、特に可動電極と固定電極との間に発生するアークを機械的に伸長させて消弧するEVリレーに関する。

一般に、直流リレー(Direct Current Relay)又は電磁接触器(Electromagnetic Contactor)は、電磁石の原理を利用して機械的な駆動と電流信号を伝達する電気的な回路開閉装置の一種であって、各種産業用設備、機械や車両などに設けられる。特に、電気自動車用リレーの場合、バッテリシステムに配置されて主電流の通電を開閉する役割を果たすこともある。

図6は従来技術によるEVリレーの縦断面図であり、図7は従来技術によるEVリレーの接点部の磁界を示す横断面図であり、図8は従来技術によるEVリレーの接点部の部分斜視図である。

電気自動車用直流リレーは、外部ケース1と、外部ケース1の内部に設けられるハウジング2と、ハウジング2に固定設置される一対の固定接点3と、固定接点3に接離する可動接点4とを含み、通常外部電源により接点の開閉制御を行えるように可動接点4を駆動する電気アクチュエータをさらに含む。前記電気アクチュエータは、可動接点4に結合される駆動軸5、固定コア6、可動コア7、コイル8などから構成される。さらに、電流遮断時に固定接点3と可動接点4との間に発生するアークを効果的に制御するために、ハウジング2の内部に永久磁石9が設けられる。

一対の固定接点3は、主接点端子であって、それぞれ+、−の極性を有する。永久磁石9から発生する磁場は、電流と相互作用してフレミングの左手の法則による力を発生することにより、開閉時に発生するアークを外部に放出し、接点部の損傷を低減する役割を果たす。

図7に接点の極性と永久磁石9による力の作用を示す。同図を参照すると、永久磁石9においては、N極からS極に向かう磁力Bが発生し、また、固定接点3においては、右側の固定接点では同図の紙面の裏から表への電気力(+I)が発生し、左側の固定接点では同図の紙面の表から裏への電気力(−I)が発生する。この場合、アークはフレミングの左手の法則により左右の外方に向かう力F、F’を受け、接点部に発生する損傷が防止される。

このように、従来技術によるEVリレーにおいては、永久磁石9により発生する磁界が固定接点3と可動接点4との間に発生するアークを伸長させて消滅させるように構成される。

しかし、従来技術によるEVリレーにおいては、永久磁石9を備えなければならないので、生産コストが増大するという欠点があった。

また、永久磁石9により発生する磁界は、固定接点3と可動接点4が接触して電流を通電させる際に、可動接点4に流れる方向の電流と共にフレミングの左手の法則による電磁反発力を増加させるという問題があった。

図8を参照して詳細に説明すると、可動接点4では左側の可動接点4aから右側の可動接点4bに電流Iが流れるので、フレミングの左手の法則により、可動接点4には下方、すなわち固定接点3から分離する方向に力F1が作用する。このような電磁反発力により接触不良の可能性がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、可動電極と固定電極との間に発生するアークを機械的に伸長させて消弧するEVリレーを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によるEVリレーは、一対の固定電極と、前記固定電極に接離する可動電極と、前記可動電極に上端が結合されて垂直運動させる駆動軸と、前記駆動軸の中間部に間隔をおいて嵌められる固定コアと、前記駆動軸の下端に結合されて前記固定コアの磁力により吸引される可動コアと、前記固定コア及び前記可動コアが挿入されて支持されるシリンダとを含み、前記可動コアの外周面に係止突起が形成され、前記シリンダの内周面に前記係止突起が挿入される傾斜溝が形成され、前記可動コアが上下運動する際に前記係止突起が前記傾斜溝内を移動することにより前記可動電極が回転することを特徴とする。

ここで、前記係止突起が左右対称の一対で形成され、前記傾斜溝が前記一対の係止突起に対応する一対で形成されることを特徴とする。

また、前記傾斜溝の高さが前記可動コアの運動距離と同一であることを特徴とする。

さらに、前記可動電極の回転角度が90度であることを特徴とする。

本発明の一実施形態によるEVリレーにおいては、接点部から発生するアークを可動電極の回転により機械的に伸長させるので、アーク消弧性能が向上するという効果がある。

また、アーク消弧のための永久磁石を備えないので、永久磁石により可動電極に発生する電磁反発力の増加を防止するという効果がある。さらに、永久磁石を備えないので、生産コストが低減されるという効果がある。

本発明の一実施形態によるEVリレーの縦断面図である。

本発明の一実施形態によるEVリレーの内部部分斜視図である。

図2のシリンダの右側面図である。

図2のシリンダの左側面図である。

本発明の一実施形態によるEVリレーの作用図であって可動電極と固定電極が接触した状態の正面図である。

本発明の一実施形態によるEVリレーの作用図であって可動電極と固定電極が接触した状態の平面図である。

本発明の一実施形態によるEVリレーの作用図であって可動電極と固定電極が分離した状態の正面図である。

本発明の一実施形態によるEVリレーの作用図であって可動電極と固定電極が分離した状態の平面図である。

従来技術によるEVリレーの縦断面図である。

従来技術によるEVリレーの接点部の磁界を示す横断面図である。

従来技術によるEVリレーの接点部の部分斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態によるEVリレーについて説明するが、これは本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる程度に詳細に説明するためのものであり、本発明の技術的思想や範囲を限定するものではない。

図1は本発明の一実施形態によるEVリレーの縦断面図である。図2は本発明の一実施形態によるEVリレーの内部部分斜視図であり、図3A及び図3Bは図2のシリンダの右側面図及び左側面図である。

本発明の一実施形態によるEVリレーは、一対の固定電極10と、固定電極10に接離する可動電極20と、可動電極20に上端が結合されて垂直運動させる駆動軸30と、駆動軸30の中間部に間隔をおいて嵌められる固定コア50と、駆動軸30の下端に結合されて固定コア50の磁力により吸引される可動コア40と、固定コア50及び可動コア40が挿入されて支持されるシリンダ70とを含み、可動コア40の外周面に係止突起41、42が形成され、シリンダ70の内周面に係止突起41、42が挿入される傾斜溝71、72が形成され、可動コア40が上下運動する際に係止突起41、42が傾斜溝71、72内を移動することにより可動電極20が回転することを特徴とする。

固定電極10は、一対で形成されてハウジング15の上部に結合され、それぞれ電源側及び負荷側に接続される。固定電極10の上部に形成された端子部には接続端子が結合され、固定電極10の下部には可動電極20と接触可能に固定接点11が形成される。

可動電極20は、固定電極10に接離する板状の電極であり、ハウジング15の内部に挿入される。可動電極20の上面のうち固定接点11に直接接触する部分には可動接点21が形成される。可動電極20が上方に移動して固定電極10に接触すると、電源から負荷に電流が供給され、可動電極20が下方に移動して固定電極10から分離すると、電源から負荷に供給されていた電流が遮断される。

可動電極20の中心部には駆動軸30が結合される。可動電極20は、駆動軸30に固定されて駆動軸30の移動に応じて移動する。駆動軸30が軸方向に線形駆動されることにより、可動電極20が固定電極10に接離する。

駆動軸30は、長い棒状のシャフトであり、ケース16の内部中心部に垂直に設けられる。駆動軸30の上端には可動電極20が固定結合され、駆動軸30の下端には可動コア40が固定結合される。すなわち、駆動軸30は可動電極20及び可動コア40と共に移動する。つまり、可動コア40の移動は駆動軸30を介して可動電極20に伝達される。

駆動軸30の上部にはフランジ部31が形成され、フランジ部31と可動電極20との間には圧縮スプリング25が介在して可動電極20を付勢する。フランジ部31は、支持体17の上端に係止されて駆動軸30が下方に移動しないようにする係止鍔の役割を果たす。

駆動軸30の中間部には固定コア50が嵌められる。ここで、固定コア50の中心軸に沿って形成される中空部は駆動軸30の外径より広く形成され、固定コア50と駆動軸30とが接触しないようになっている。

コイル60は、ボビン65の周囲に巻回され、電源が供給されると磁場を発生する。コイル60の磁場により固定コア50が磁化して可動コア40を吸引する。

固定コア50の下部及び可動コア40の上部にはそれぞれ溝が形成され、駆動軸30の外面との間にリターンスプリング55が挿入設置される。

可動コア40は、固定コア50と同じ直径を有する円筒状に形成され、コイル60と固定コア50から発生する磁力により上昇する。コイル60に供給されていた外部電源が遮断されると、固定コア50に磁力が発生しなくなるので、可動コア40は、リターンスプリング55により固定コア50から分離して初期位置に下降する。

可動コア40の外周面に突設される係止突起41、42は、駆動軸30を中心として対称となる一対で形成されてもよい。

シリンダ70は、固定コア50及び可動コア40が挿入される空間を提供すると共に、固定コア50及び可動コア40に支持力を与える。

シリンダ70の内面には、係止突起41、42が挿入される傾斜溝71、72が形成される。傾斜溝71、72は、係止突起41、42に対応する一対で形成されてもよい。

ここで、傾斜溝71、72の高さは、可動コア40の運動距離と同一であってもよい。また、可動コア40の運動距離は、可動電極20の運動距離と同一であってもよく若干長くてもよい。これは、可動電極20が圧縮スプリング25により支持されて固定電極10に安定して接触するようにするためである。

一方、傾斜溝71、72を水平面上に投影した弧の中心角は90度にしてもよい。こうすることにより、可動電極20の回転角度は90度となる。

ボビン65は、両端にフランジが形成された円筒状に形成され、ボビン65のフランジ間に前述したコイル60が巻回される。また、ボビン65の中心部には、シリンダ70が挿入される貫通孔が形成される。

ヨーク18は、ボビン65の両端及びボビン65に巻回されたコイル60の側面を囲む形状に形成される。

以下、本発明の一実施形態によるEVリレーの動作について説明する。図4A及び図4Bは本発明の一実施形態によるEVリレーの作用図であって可動電極と固定電極が接触した状態の正面図及び平面図であり、図5A及び図5Bは本発明の一実施形態によるEVリレーの作用図であって可動電極と固定電極が分離した状態の正面図及び平面図である。

可動電極20が上昇して固定電極10に接触した状態で、可動コア40の右側の係止突起41は右側の傾斜溝71の上端部71aに位置する。このとき、外部電源が遮断されてコイル60と固定コア50から発生していた磁力が弱くなると、可動コア40がリターンスプリング55の付勢力により固定コア50から分離して元の位置に下降する。このとき、可動コア40の右側の係止突起41が右側の傾斜溝71内を移動するので、可動コア40は回転する。可動コア40は右側の係止突起41が右側の傾斜溝71の下端部71bに至るまで下降する。ここで、右側の傾斜溝71の高さは、可動コア40及び可動電極20の上下移動距離に対応する。そして、可動コア40と共に可動電極20も下降しながら回転する。可動電極20は、90度回転することが好ましい。

このような方式は左側の係止突起42と左側の傾斜溝72にも同様に適用される。可動電極20が固定電極10に接触した状態で、可動コア40の左側の係止突起42は左側の傾斜溝72の上端部72aに位置する。可動コア40が下降すると、可動コア40の左側の係止突起42が左側の傾斜溝72内を移動するので、可動コア40は回転する。これにより、可動電極20も回転して固定電極10から分離する。

可動電極20が固定電極10から分離するときに90度回転するので、可動接点21が固定接点11から遠くに離れ、アークが伸長して消滅する。

本発明の一実施形態によるEVリレーにおいては、可動接点21と固定接点11との間に発生するアークを可動電極20の回転により機械的に伸長させるので、アーク消弧性能が向上するという効果がある。

また、アーク消弧のために従来用いていた永久磁石を備えないので、永久磁石により可動電極20に発生する電磁反発力の増加を防止するという効果がある。さらに、永久磁石を備えないので、生産コストが低減されるという効果がある。

前述した実施形態は例示的なものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の基本的な特性を逸脱しない範囲で様々な修正や変形が可能であろう。つまり、前述した実施形態は本発明の技術思想を説明するためのものにすぎず、前述した実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の権利範囲は添付の特許請求の範囲により定められるべきであり、同等の範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

10 固定電極 11 固定接点 15 ハウジング 16 ケース 17 支持体 18 ヨーク 20 可動電極 21 可動接点 25 圧縮スプリング 30 駆動軸 31 フランジ部 40 可動コア 41、42 係止突起 50 固定コア 55 リターンスプリング 60 コイル 65 ボビン 70 シリンダ 71、72 傾斜溝