(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１接点を備える第１コア及び第２接点を備える第２コアと、
開閉制御電流を流すことによって前記第１コアと前記第２コアとを吸引又は反発させることによって、前記第１接点と前記第２接点とを接触状態又は開放状態にするための磁場を発生させる開閉制御用コイルと、
前記開閉制御用コイルと独立に設けられ、前記第１接点と前記第２接点とが接触している状態で前記第１接点及び前記第２接点に流れる導通電流の少なくとも一部が流れる電流経路を前記開閉制御用コイルに対して差動的に巻回させた２つの差動コイルと、
を備えることを特徴とする電磁リレー。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁リレーであって、
前記第１コアは、少なくとも３つの脚を接続した構成であり、
前記開閉制御用コイルは、前記第１コアの第１脚に巻回され、前記差動コイルの一方は、前記第１コアの第２脚に巻回され、前記差動コイルの他方は、前記第１コアの第３脚に巻回されていることを特徴とする電磁リレー。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電磁リレーであって、
前記第１コアと前記第２コアとの間に永久磁石が設けられており、前記開閉制御用コイル及び前記差動コイルに電流が流れていない状態において前記第１接点と前記第２接点とが接触状態に維持されることを特徴とする電磁リレー。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の電磁リレーであって、
第３接点を備える第３コアをさらに備え、
前記第１コアに設けられた開閉制御用コイルに開閉制御電流を流すことによって前記第１コアと前記第２コアとを吸引させる、又は、前記第３コアに設けられた別の開閉制御用コイルに開閉制御電流を流すことによって前記第２コアと前記第３コアとを反発させて、前記第１接点と前記第２接点とを接触状態とすると共に前記第３コアに設けられた第３接点と前記第２コアに設けられた第４接点とを開放状態とし、
前記第１コアに設けられた開閉制御用コイルに開閉制御電流を流すことによって前記第１コアと前記第２コアとを反発させる、又は、前記第３コアに設けられた開閉制御用コイルに開閉制御電流を流すことによって前記第２コアと前記第３コアとを吸引させて、前記第１接点と前記第２接点とを開放状態とすると共に前記第３コアに設けられた第３接点と前記第２コアに設けられた第４接点とを接触状態とし、
前記第３コアに設けられた開閉制御用コイルと独立に設けられ、前記第３接点と前記第４接点とが接触している状態で前記第３接点及び前記第４接点に流れる導通電流の少なくとも一部が流れる電流経路を前記第３コアに設けられた開閉制御用コイルに対して差動的に巻回させた２つの差動コイルをさらに備えることを特徴とする電磁リレー。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電磁リレーであって、
前記第１コアと前記第２コアと一体に形成された付勢部材を備えることを特徴とする電磁リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁リレーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用蓄電システムやハイブリッド自動車、電気自動車等の発達に伴って、蓄電池システムの再利用等の需要が高まっている。すなわち、これらのシステムで使用されている蓄電池が不要になった場合や交換した場合に、交換された蓄電池のうち使用可能なものを他のシステムに再利用するための技術の実現が望まれている。
【０００３】
具体的には、図１１に示すように、複数の蓄電池セル１０を直列に接続した構成において、隣接する蓄電池セル１０を接続した状態と各蓄電池セル１０をバイパスした状態とを排他的に切り替えるための２つのリレー１２を各蓄電池セルの間に配置した蓄電池システム１００とする。このような蓄電池システム１００では、各蓄電池セル１０の劣化のばらつきや故障の状態に応じてリレー１２を切り替えることによって蓄電池セル１０を効果的に再利用することができる。
【０００４】
蓄電池システム１００に使用されるリレー１２には、数Ｖ程度の低電圧かつ１００Ａ程度の大電流の使用に耐え、メインリレー１４がオフ状態であって電流が流れていない状態において開閉が可能であることが必要とされる。当該条件を満たすようなリレー１２として、特許文献１には、電磁反発抑制ヨークにより短絡電流導通時の電磁反発力に耐えて閉状態を保つことができる電磁リレーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−７２９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、蓄電池システム１００をできるだけ小型化及び安価にするために、蓄電池セル１０の再利用に使用されるリレー１２をできるだけ小型化することが要求されている。一方、蓄電池システム１００に導通電流やその逆電流が流れた場合においてもリレー１２の接点が閉状態に安定に維持されることが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様は、第１接点を備える第１コア及び第２接点を備える第２コアと、開閉制御電流を流すことによって前記第１コアと前記第２コアとを吸引又は反発させることによって、前記第１接点と前記第２接点とを接触状態又は開放状態にするための磁場を発生させる開閉制御用コイルと、前記開閉制御用コイルと独立に設けられ、前記第１接点と前記第２接点とが接触している状態で前記第１接点及び前記第２接点に流れる導通電流の少なくとも一部が流れる電流経路を前記開閉制御用コイルに対して差動的に巻回させた２つの差動コイルと、を備えることを特徴とする電磁リレーである。
【０００８】
ここで、前記第１コアは、少なくとも３つの脚を接続した構成であり、前記開閉制御用コイルは、前記第１コアの第１脚に巻回され、前記差動コイルの一方は、前記第１コアの第２脚に巻回され、前記差動コイルの他方は、前記第１コアの第３脚に巻回されていることが好適である。
【０００９】
また、前記第１コアと前記第２コアとの間に永久磁石が設けられており、前記開閉制御用コイル及び前記差動コイルに電流が流れていない状態において前記第１接点と前記第２接点とが接触状態に維持されることが好適である。
【００１０】
また、第３接点を備える第３コアをさらに備え、前記第１コアに設けられた開閉制御用コイルに開閉制御電流を流すことによって前記第１コアと前記第２コアとを吸引させる、又は、前記第３コアに設けられた別の開閉制御用コイルに開閉制御電流を流すことによって前記第２コアと前記第３コアとを反発させて、前記第１接点と前記第２接点とを接触状態とすると共に前記第３コアに設けられた第３接点と前記第２コアに設けられた第４接点とを開放状態とし、前記第１コアに設けられた開閉制御用コイルに開閉制御電流を流すことによって前記第１コアと前記第２コアとを反発させる、又は、前記第３コアに設けられた開閉制御用コイルに開閉制御電流を流すことによって前記第２コアと前記第３コアとを吸引させて、前記第１接点と前記第２接点とを開放状態とすると共に前記第３コアに設けられた第３接点と前記第２コアに設けられた第４接点とを接触状態とし、前記第３コアに設けられた開閉制御用コイルと独立に設けられ、前記第３接点と前記第４接点とが接触している状態で前記第３接点及び前記第４接点に流れる導通電流の少なくとも一部が流れる電流経路を前記第３コアに設けられた開閉制御用コイルに対して差動的に巻回させた２つの差動コイルをさらに備えることが好適である。
【００１１】
また、前記第１コアと前記第２コアと一体に形成された付勢部材を備えることが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、接点状態が安定に維持され、小型化された電磁リレーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態における電磁リレーの構成を示す図である。
【図２（ａ）】第１の実施の形態における電磁リレーの作用を説明するための図である。
【図２（ｂ）】第１の実施の形態における電磁リレーの作用を説明するための図である。
【図２（ｃ）】第１の実施の形態における電磁リレーの作用を説明するための図である。
【図３】従来の電磁リレーの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における電磁リレーの接触荷重を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態における電磁リレーの接触抵抗を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態における電磁リレーの接点発熱を説明する図である。
【図７】第２の実施の形態における電磁リレーの構成を示す図である。
【図８】第３の実施の形態における電磁リレーの構成を示す図である。
【図９】第３の実施の形態における電磁リレーの永久磁石の配置を説明する図である。
【図１０】第４の実施の形態における電磁リレーの構成を示す図である。
【図１１】従来の蓄電システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１の実施の形態＞
本発明の実施の形態における電磁リレー２００は、図１の模式図に示すように、第１コア２０、第２コア２２、開閉制御用コイル２４、第１差動コイル２６、第２差動コイル２８及び付勢部材３０を含んで構成される。
【００１５】
第１コア２０及び第２コア２２は、高透磁率材料からなり、開閉制御用コイル２４、第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８によって発生する磁束が通る磁気回路の一部を構成する。第１コア２０及び第２コア２２は、例えば、低炭素鋼、珪素鉄等の軟質磁性体により構成することが好適である。
【００１６】
第１コア２０と第２コア２２は、間隙を介して互いにその一端が向かい合わせに配置される。第１コア２０は、第１脚２０ｂ、第２脚２０ｃ及び第３脚２０ｄの３つの脚を備える。第１脚２０ｂ、第２脚２０ｃ及び第３脚２０ｄは、それらの一端が共通に接続され、それらの他端が第２コア２２に向かい合うように配置される。第２コア２２は、第１コア２０の第１脚２０ｂ、第２脚２０ｃ及び第３脚２０ｄに跨がるような形状及び大きさに構成される。
【００１７】
第１コア２０及び第２コア２２の向かい合った端部側にはそれぞれ第１接点２０ａ及び第２接点２２ａが設けられる。図１では、図面の第１コア２０及び第２コア２２より奥側に第１接点２０ａ及び第２接点２２ａを設けた構成を示した。第１接点２０ａ及び第２接点２２ａは、導電性材料からなる。
【００１８】
第１コア２０と第２コア２２とは相対的に移動可能に電磁リレー２００のケース（図示しない）内に収納される。例えば、第１コア２０を電磁リレー２００のケースに固定した場合、第２コア２２の第２接点２２ａが第１コア２０の第１接点２０ａに対して接触及び離間できるように第２コア２２はケース内に移動可能に配置される。このとき、第１コア２０に対して第２コア２２が引き離される方向に付勢されるように付勢部材３０が設けられる。
【００１９】
開閉制御用コイル２４は、第１脚２０ｂに巻回される。開閉制御用コイル２４には、電源（図示しない）が接続される。また、第１差動コイル２６は第２脚２０ｃに巻回され、第２差動コイル２８は第３脚２０ｄに巻回される。第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８の一端は第１接点２０ａに接続され、他端は外部端子Ｔ１に接続される。第２接点２２ａは外部端子Ｔ２に接続され、第１接点２０ａと第２接点２２ａとが接触状態となった状態では外部端子Ｔ１と外部端子Ｔ２との間に印加される電圧に応じて第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８に導通電流が流れる。
【００２０】
なお、本実施の形態では、外部端子Ｔ１と外部端子Ｔ２との間を流れる導通電流の全部が第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８に供給される構成としたが、導通電流の少なくとも一部が流れる構成であればよい。すなわち、外部端子Ｔ１と第１接点２０ａとの間に第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８を介さない電流路となるバイパスラインを設けてもよい。
【００２１】
第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８は、電流が流れている状態において開閉制御用コイル２４に対して差動方向に磁場が形成されるように巻回される。すなわち、第１差動コイル２６に導通電流が流れることによって生ずる磁場と第２差動コイル２８に導通電流が流れることによって生ずる磁場とが開閉制御用コイル２４内において打ち消し合うように構成される。
【００２２】
例えば、本実施の形態の構成の場合、第１接点２０ａに向かって第２脚２０ｃに第１差動コイル２６を右ねじ方向に巻回し、第１接点２０ａに向かって第３脚２０ｄに第２差動コイル２８を左ねじ方向に巻回する。このとき、導電電流が第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８に均等に流れるとすると、第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８の巻回数は等しくする。また、導電電流が第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８に不均等に流れるとすると、第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８の巻回数の比がそれぞれに流れる電流の比の逆数となるようにする。
【００２３】
以下、図２を参照して、電磁リレー２００の作用について説明する。図１は、電磁リレー２００が開（オフ）の状態を示す。図２（ａ）は、電磁リレー２００が閉（オン）で導通電流が流れていない状態を示す。図２（ｂ）は、電磁リレー２００が閉（オン）で導通電流が外部端子Ｔ１から外部端子Ｔ２に向けて流れている状態を示す。図２（ｃ）は、電磁リレー２００が閉（オン）で導通電流が外部端子Ｔ２から外部端子Ｔ１に向けて流れている状態を示す。
【００２４】
初期状態では、開閉制御用コイル２４には開閉制御電流が流れておらず、電磁リレー２００は開状態となっている。開閉制御用コイル２４に開閉制御電流を流すと、図２（ａ）の破線で示すように、第１コア２０及び第２コア２２を磁気回路とする磁場が生ずる。これによって、第１コア２０と第２コア２２との間に付勢部材３０の付勢力に打ち勝つ吸引力が発生し、第２コア２２が第１コア２０側に移動し、第１接点２０ａと第２接点２２ａとが接触した閉状態となる。このとき、第１接点２０ａと第２接点２２ａとは電気的に導通状態となり、外部端子Ｔ１と外部端子Ｔ２とは電気的に接続された状態となる。
【００２５】
このような閉状態において、外部端子Ｔ１と外部端子Ｔ２の間に電圧が印加されて外部端子Ｔ１から外部端子Ｔ２に導通電流が流れると、図２（ｂ）の実線で示すように、第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８によって第１コア２０及び第２コア２２内に磁場が形成される。第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８によって生じる磁場は、第２脚２０ｃでは開閉制御用コイル２４によって生ずる磁場と弱め合い、第３脚２０ｄでは開閉制御用コイル２４によって生ずる磁場と強め合う。また、第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８によって生じる磁場は第１脚２０ｂでは互いに打ち消し合う。その結果、第２脚２０ｃ部分では第１コア２０と第２コア２２との吸引力は弱まり、第３脚２０ｄ部分では第１コア２０と第２コア２２との吸引力は強まる。したがって、電磁リレー２００全体では、少なくとも第３脚２０ｄの部分において第１接点２０ａと第２接点２２ａの接触が維持される。
【００２６】
一方、外部端子Ｔ１と外部端子Ｔ２の間に電圧が印加されて外部端子Ｔ２から外部端子Ｔ１に導通電流が流れると、図２（ｃ）の実線で示すように、第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８によって第１コア２０及び第２コア２２内に磁場が形成される。第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８によって生じる磁場は、第２脚２０ｃでは開閉制御用コイル２４によって生ずる磁場と強め合い、第３脚２０ｄでは開閉制御用コイル２４によって生ずる磁場と弱め合う。また、第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８によって生じる磁場は第１脚２０ｂでは互いに打ち消し合う。その結果、第２脚２０ｃ部分では第１コア２０と第２コア２２との吸引力は強まり、第３脚２０ｄ部分では第１コア２０と第２コア２２との吸引力は弱まる。したがって、電磁リレー２００全体では、少なくとも第２脚２０ｃの部分において第１接点２０ａと第２接点２２ａの接触が維持される。
【００２７】
以下、本実施の形態における電磁リレー２００と、図３に示すように第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８を設けない電磁リレー３００との特性の差をシミュレーションした結果を示す。ここでは、外部端子Ｔ１から外部端子Ｔ２へ１００Ａの導通電流が流れたときに第１接点２０ａと第２接点２２ａとの間の接点発熱が電磁リレー２００と電磁リレー３００とで等しくなるようにそれぞれを構成した結果を示す。
【００２８】
ここで、シミュレーションにおいて、磁気吸引力Ｆｇは数式（１）で算出し、接触抵抗Ｒは数式（２）で算出した。
【数１】
0006531623.tif 000002
ここで、φ１は第２脚２０ｃを通る磁束、φ２は第３脚２０ｄを通る磁束、Ａｓは第２脚２０ｃ，第３脚２０ｄの断面積、Ａｃは第１脚２０ｂの断面積、μ０は真空の透磁率である。
【数２】
0006531623.tif 000003
ここで、ρは固有抵抗、Ｈは端子のビッカーズ硬さ、Ｐは接圧である。
【００２９】
図４は、電磁リレー２００の外部端子Ｔ１から外部端子Ｔ２へ流れる導通電流を０から１００Ａに増加させたときの第１接点２０ａと第２接点２２ａとの接触荷重の変化を示す。電磁リレー２００では、導通電流が増加するにつれて接触荷重が増加する。図５は、電磁リレー２００への導通電流を０から１００Ａに増加させたときの第１接点２０ａと第２接点２２ａとの接触抵抗の変化を示す。電磁リレー２００では、導通電流が増加するにつれて接触抵抗は急激に低下する。図６は、電磁リレー２００への導通電流を０から１００Ａに増加させたときの第１接点２０ａと第２接点２２ａとの接点発熱の変化を示す。電磁リレー２００では、導通電流が増加するにつれて直線的に接触抵抗は増加する。
【００３０】
そして、外部端子Ｔ１から外部端子Ｔ２へ１００Ａの導通電流が流れたときに第１接点２０ａと第２接点２２ａとの間の接点発熱が電磁リレー２００と電磁リレー３００とで等しくしたとき、電磁リレー２００では電磁リレー３００に対して第１コア２０及び第２コア２２の体積を９０％程度低減することができた。すなわち、電磁リレー２００では、従来の電磁リレー３００に対してコア体積を低減しつつ同程度の特性を備えることができる。
【００３１】
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、電磁リレー２００の第２コア２２の片側のみに第１コア２０を設ける構成としたが、図７に示すように、第２コア２２を挟んで対向するように第１コア２０と同じ構成を有する第３コア４０を設けた電磁リレー２０２としてもよい。
【００３２】
第３コア４０は、高透磁率材料からなり、開閉制御用コイル４４、第１差動コイル４６及び第２差動コイル４８によって発生する磁束が通る磁気回路の一部を構成する。第３コア４０は、例えば、低炭素鋼、珪素鉄等の軟質磁性体により構成することが好適である。
【００３３】
第３コア４０と第２コア２２は、間隙を介して互いにその一端が向かい合わせに配置される。第３コア４０は、第１脚４０ｂ、第２脚４０ｃ及び第３脚４０ｄの３つの脚を備える。第１脚４０ｂ、第２脚４０ｃ及び第３脚４０ｄは、それらの一端が共通に接続され、それらの他端が第２コア２２に向かい合うように配置される。
【００３４】
第３コア４０及び第２コア２２の向かい合った端部側にはそれぞれ第３接点４０ａ及び第４接点２２ｂが設けられる。図７では、図面の第３コア４０及び第２コア２２より奥側に第３接点４０ａ及び第４接点２２ｂを設けた構成を示した。第３接点４０ａ及び第４接点２２ｂは、導電性材料からなる。
【００３５】
第１コア２０と第２コア２２及び第３コア４０と第２コア２２は相対的に移動可能に電磁リレー２０２のケース（図示しない）内に収納される。第３コア４０を電磁リレー２００のケースに固定した場合、第２コア２２の第４接点２２ｂが第３コア４０の第３接点４０ａに対して接触及び離間できるように第２コア２２はケース内に移動可能に配置される。このとき、第１コア２０及び第３コア４０に対して第２コア２２が引き離される方向に付勢されるように付勢部材３０を設けてもよい。
【００３６】
このような構成とすることにより、第２コア２２を第１コア２０側に吸引して接触させた状態と第２コア２２を第３コア４０側に吸引して接触させた状態とを切り替えることができる電磁リレー２０２とすることができる。本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、接点状態が安定に維持され、小型化された電磁リレーを提供することができる。
【００３７】
なお、開閉制御用コイル２４に電流を流して第２コア２２と第１コア２０との間に吸引力を働かせる代わりに、開閉制御用コイル４４に電流を流して第２コア２２と第３コア４０との間に反発力を生じさせることによって、第１接点２０ａと第２接点２２ａとを接触させるようにしてもよい。同様に、開閉制御用コイル４４に電流を流して第２コア２２と第３コア４０との間に吸引力を働かせる代わりに、開閉制御用コイル２４に電流を流して第２コア２２と第１コア２０との間に反発力を生じさせることによって、第３接点４０ａと第４接点２２ｂとを接触させるようにしてもよい。
【００３８】
＜第３の実施の形態＞
上記実施の形態において、図８に示すように、第１コア２０の第１脚２０ｂに永久磁石５０を設けた電磁リレー２０４としてもよい。
【００３９】
永久磁石５０は、図９に示すように、電磁リレー２０４を閉（オン）状態にする際に開閉制御用コイル２４によって形成される磁界（図中、破線で示す）と同じ方向に永久磁石５０の磁界（図中、実線で示す）が形成されるように磁極を配置する。すなわち、電磁リレー２０４を閉（オン）状態にするように開閉制御用コイル２４に開閉制御電流を流したときに、開閉制御用コイル２４によって形成される磁場と永久磁石５０の磁場とが強め合うように永久磁石５０を配置することが好適である。
【００４０】
このような構成とすることによって、第２コア２２が第１コア２０側と接触した閉状態になると、第１差動コイル２６及び第２差動コイル２８に電流が流れていない状態であっても永久磁石５０からの磁場によって閉状態が維持される。したがって、電磁リレー２０４が閉状態に一旦なると、電磁リレー２０４に流れる電流の有無に関わらず安定して閉状態を維持することが可能となる。
【００４１】
なお、第２の実施の形態における電磁リレー２０２においても第３コア４０の第１脚４０ｂの端部に永久磁石を設けることによって同様の効果を得ることができる。
【００４２】
＜第４の実施の形態＞
上記実施の形態において、図１０に示すように、付勢部材３０を第１コア２０及び第２コア２２と一体に形成した電磁リレー２０６としてもよい。図１０（ａ）は、電磁リレー２０６が開状態、図１０（ｂ）は、電磁リレー２０６が閉状態のときの様子を示す。付勢部材３０は、例えば図１０に示すように、電磁鋼板等の弾性のある磁性体によって形成されたヒンジ状機構とすることが好適である。
【００４３】
これによって、付勢部材３０を別途設けた構成に比べて、電磁リレー２０６を小型化することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  蓄電池セル、１２  リレー、１４  メインリレー、２０  第１コア、２０ａ  第１接点、２０ｂ  第１脚、２０ｃ  第２脚、２０ｄ  第３脚、２２  第２コア、２２ａ  第２接点、２２ｂ  第４接点、２４  開閉制御用コイル、２６  第１差動コイル、２８  第２差動コイル、３０  付勢部材、４０  第３コア、４０ａ  第３接点、４０ｂ  第１脚、４０ｃ  第２脚、４０ｄ  第３脚、４４  開閉制御用コイル、４６  第１差動コイル、４８  第２差動コイル、５０  永久磁石、１００  蓄電池システム、２００，２０２，２０４，２０６，３００  電磁リレー。
【図１】
0006531623.tif 000004
【図２（ａ）】
0006531623.tif 000005
【図２（ｂ）】
0006531623.tif 000006
【図２（ｃ）】
0006531623.tif 000007
【図３】
0006531623.tif 000008
【図４】
0006531623.tif 000009
【図５】
0006531623.tif 000010
【図６】
0006531623.tif 000011
【図７】
0006531623.tif 000012
【図８】
0006531623.tif 000013
【図９】
0006531623.tif 000014
【図１０】
0006531623.tif 000015
【図１１】
0006531623.tif 000016