(57)【要約】【課題】  作動音が低減した電磁継電器を提供する。【解決手段】  電磁継電器１は、固定接点１０と、固定接点１０との電気的な接続および遮断が可能な可動接点２５と、可動接点２５に近づく方向と、可動接点２５から遠ざかる方向とに移動可能で磁性材料を有する可動部材４０と、可動部材４０を消磁または励磁することが可能なコイル３５と、可動部材４０の励磁状態において、可動部材４０の一部分に当接する、磁性材料を有する磁気回路形成部材としての筐体３０とを備える。可動部材４０は、その移動方向に沿って配列された第１および第２の可動部材としての上部鉄芯４２および下部鉄芯４１を有する。コイル３５が下部鉄芯４２および下部鉄芯４１を励磁状態とすると、下部鉄芯４２が筐体３０に接触した後、下部鉄芯４１は下部鉄芯４２に引き付けられて固定接点１０に近づく方向に移動して可動接点２５を固定接点１０に接触させる。コイル３５が下部鉄芯４２および下部鉄芯４１を消磁状態とすると、下部鉄芯４１が低部３２に向かって移動した後、下部鉄芯４１が下部鉄芯４１に向かって移動する。【選択図】        図１
2005276592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定接点と、
前記固定接点との電気的な接続および遮断が可能な可動接点と、
前記可動接点に接触可能で、前記可動接点に近づく方向と、前記可動接点から遠ざかる方向とに移動可能で磁性材料を有する可動部材と、
前記可動部材を励磁または消磁することが可能な励磁手段と、
前記可動部材の励磁状態において、前記可動部材の一部分に当接する、磁性材料を有する磁気回路形成部材と、
前記消磁状態で前記可動部材を支持する支持手段とを備え、
前記可動部材は、その移動方向に沿って配列された第１および第２の可動部材を有し、
前記励磁手段が前記第１および第２の可動部材を励磁状態とすると、前記第１の可動部材が前記磁気回路形成部材に接触した後、前記第２の可動部材は前記第１の可動部材に引き付けられて前記固定接点に近づく方向に移動して前記可動接点を前記固定接点に接触させ、
前記励磁状態から前記励磁手段が前記第１および第２の可動部材を消磁状態とすると、前記第１の可動部材が前記支持手段に向かって移動した後、前記第２の可動部材が前記第１の可動部材に向かって移動する、電磁継電器。
【請求項２】
前記励磁手段には、前記第１および第２の可動部材が前記支持手段に支持される第１の電圧、前記第１の可動部材が前記磁気回路形成手段に接触し、前記第２の可動部材が前記支持手段に支持される第２の電圧、前記第１の可動部材が前記磁気回路形成手段に接触し、前記第２の可動部材が前記第１の可動部材に接触する第３の電圧とが印加される、請求項１に記載の電磁継電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁継電器に関し、特に電気自動車、ハイブリッド自動車におけるシステムメインリレー（ＳＭＲ）に用いられる電磁継電器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁継電器は、たとえば特開２００３−１００１９０号公報（特許文献１）に開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１００１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の電磁継電器では、励磁コイルに可動鉄芯が取囲まれた構造とされている。可動鉄芯は可動接点を固定接点に押付ける方向に移動することが可能である。
【０００４】
上述のようなＳＭＲのオンの動作について説明する。まず、励磁コイルに電圧を印加することで、筐体と可動鉄芯との間に吸引力が発生し、接圧ばねを介して可動鉄芯が可動接点を固定接点に押付ける。これにより、固定接点の正極と負極の間の導通が得られる。これがオン状態となる。
【０００５】
次にオフ状態について説明する。可動鉄芯を消磁状態とすることで、筐体と可動鉄芯との間に吸引力がなくなり、復帰ばねによる力と重力で可動鉄芯は筐体内の着座位置に復帰する。これにより、可動接点は固定接点から離れることでオフ状態となる。
【０００６】
しかしながら、従来の電磁継電器では、質量の大きい可動鉄芯が筐体と接触するため、接触時に大きな音が発生するという問題があった。
【０００７】
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、作動音の低減が可能な電磁継電器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に従った電磁継電器は、固定接点と、固定接点との電気的な接続および遮断が可能な可動接点と、可動接点に接触可能で、可動接点に近づく方向と、可動接点から遠ざかる方向とに移動可能で磁性材料を有する可動部材と、可動部材を励磁または消磁状態とすることが可能な励磁手段と、可動部材の励磁状態において、可動部材の一部分に当接する、磁性材料を有する磁気回路形成部材と、消磁状態で可動部材を支持する支持手段とを備える。可動部材は、その移動方向に沿って配列された第１および第２の可動部材を有しする。励磁手段が第１および第２の可動部材を励磁状態とすると、第１の可動部材が磁気回路形成部材に接触した後、第２の可動部材は第１の可動部材に引き付けられて固定接点に近づく方向に移動して可動接点を固定接点に接触させる。励磁状態から励磁手段が第１および第２の可動部材を消磁状態とすると、第１の可動部材が支持手段に向かって移動した後、第２の可動部材が第１の可動部材に向かって移動する。
【０００９】
このように構成された電磁継電器では、可動部材が第１および第２の可動部材に分割されている。励磁状態では、まず第１の可動部材が磁気回路形成手段に接触した後に、第２の可動部材が第１の可動部材に接触する。消磁状態では、第１の可動部材が支持手段に向かって移動した後、第２の可動部材が第１の可動部材に向かって移動する。このため、分割された第１および第２の可動部材は別々に時間をおいて移動することになり、第１および第２の可動部材が一体となって移動する場合に比べて接触時の音の発生を低減することができる。
【００１０】
すなわち、従来は１つの部材が大きいエネルギを持って他の部材と接触していたため、大きい音が一度発生していたが、本発明では可動部材を分割することで、小さな音が複数回発生することになる。これにより、電磁継電器の音の発生を防止することができる。
【００１１】
好ましくは、励磁手段には、第１および第２の可動部材が支持手段に支持される第１の電圧、第１の可動部材が磁気回路形成手段に接触し、第２の可動部材が支持手段に支持される第２の電圧、第１の可動部材が磁気回路形成手段に接触し、第２の可動部材が第１の可動部材に接触する第３の電圧とが印加される。
【００１２】
この場合、第１から第３の電圧を段階的に印加することで、接触部分に対して、まず第１の可動部材を接触させ、次に第２の可動部材を接触させることができる。その結果、２つの可動部材を、時間をずらして接触させることができ、音の発生を低減できる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に従えば、作動音が低減した電磁継電器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った電磁継電器の断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従った電磁継電器１は、固定接点１０と、固定接点１０との電気的な接続および遮断が可能な可動接点２５と、可動接点２５に接触可能で、可動接点２５に近づく方向と可動接点２５から遠ざかる方向とに移動可能で磁性材料を有する可動部材４０と、可動部材４０を励磁または消磁状態とすることが可能な消磁手段としてのコイル３５と、可動部材４０の励磁状態において、可動部材４０の一部分に当接する、磁性材料を有する磁気回路形成部材としての筐体３０と、消磁状態で可動部材を支持する支持手段としての筐体３０とを備える。
【００１６】
可動部材４０は、その移動方向に沿って配列された第１および第２の可動部材としての上部鉄芯４２および下部鉄芯４１を有する。コイル３５が上部鉄芯４２および下部鉄芯４１を励磁状態とすると、上部鉄芯４２が筐体３０の接触部分３１に接触した後、下部鉄芯４１は上部鉄芯４２および接触部分３１に引き付けられて固定接点１０に近づく方向に移動して可動接点２５を固定接点１０に接触させる。励磁状態からコイル３５が上部鉄芯４２および下部鉄芯４１を消磁状態とすると、下部鉄芯４１が筐体３０の底部３２に向かって移動した後、上部鉄芯４２が下部鉄芯４１に向かって移動する。
【００１７】
固定接点１０は、正極１１と負極１２とを有し、それぞれの正極１１および負極１２が導電性を有する材料で構成されている。図１で示す状態では、正極１１と負極１２とは電気的に絶縁されている。
【００１８】
正極１１と負極１２との間には、復帰ばね２１が設けられる。復帰ばね２１の一方は固定部材に取付けられ、他方端が可動接点２５に取付けられる。復帰ばね２１が存在することで、可動接点２５は通常は固定接点１０から離れた位置に位置決めされる。
【００１９】
可動接点２５は固定接点１０に近づく方向と固定接点１０から遠ざかる方向とに移動可能であり、復帰ばね２１と接圧ばね２２とにより位置決めされる。可動接点２５のうち、固定接点１０に向かい合う面に復帰ばね２１が取付けられ、筐体３０に向かう面に接圧ばね２２が取付けられる。固定接点１０および可動接点２５では、接触時にアークが発生するため、アークによる接点同士の溶着や摩耗を防止すべく、固定接点１０および可動接点２５は、タングステン、銅、銀、カドミウム、インジウムなどの金属により構成される。
【００２０】
筐体３０は内部空間を有し、磁性材料により構成される。筐体３０は可動部材４０を支持する支持手段と、可動部材４０およびコイル３５との間に磁気回路を形成する磁気回路形成手段としての働きを有する。筐体３０は、たとえば鉄により構成される。筐体３０は、上部鉄芯４２と接触可能な接触部分３１を有する。接触部分３１は、筐体３０の端部に設けられ、かつ上部鉄芯４２に向かい合うように配置される。
【００２１】
筐体３０内には、コイル３５が収納されている。コイル３５は環状（リング状）であり、円筒状、角筒状などのさまざまな形状で構成することが可能である。コイル３５は、ある空間を取囲むように配置されていれば、その形状については特に限定されるものではない。コイル３５の軸芯には、可動部材４０が配置される。可動部材４０は、鉄などの磁性材料により構成され、コイル３５に電流を流すことで、可動部材４０が磁化される。可動部材４０は、筐体３０の底部３２と接触する下部鉄芯４１と、下部鉄芯４１上に載置される上部鉄芯４２とを有する。下部鉄芯４１は「凸」形状であり、その突出部に、リング状の上部鉄芯４２が嵌め合わされる。上部鉄芯４２は凸状部分に嵌め合わされて、その凸状部分の延びる方向に沿って移動することが可能である。
【００２２】
上部鉄芯４２および下部鉄芯４１は、いずれもコイル３５に取囲まれるように配置され、コイル３５により磁化されて、磁性を有する。下部鉄芯４１の先端には接圧ばね２２が取付けられており、接圧ばね２２は下部鉄芯４１と可動接点２５との間に介在してこれらの間の力の緩衝作用を有する。
【００２３】
次に、図１で示す電磁継電器の動作について説明する。
【００２４】
まず、ＳＭＲのオン動作について説明する。図２は、電磁継電器のオン動作を説明するために示す、コイルに印加させる電圧と下部鉄芯の変位との関係を示すグラフである。図２を参照して、まずオン動作の場合には、コイル３５に印加する電圧を大きくする。具体的には、図２で示すように電圧をＶ０からＶ１へ上昇させる。このとき、下部鉄芯４１の変位はほぼ変わらない。これに対して、上部鉄芯４２は、磁気回路形成部材としての筐体３０の接触部分３１に引き付けられる。
【００２５】
図３は、電圧Ｖ１が印加された状態での電磁継電器の断面図である。図３を参照して、電圧Ｖ１が印加されると、上部鉄芯４２および下部鉄芯４１は、ともにコイル３５により磁化される。これにより、コイル３５、接触部分３１および上部鉄芯４２との間には、図３中の矢印３６で示すような磁気回路が発生する。この磁気回路により、接触部分３１と上部鉄芯４２との間には吸引力が発生する。この吸引力が上部鉄芯４２に加わる重力に打ち勝つことで、上部鉄芯４２は接触部分３１へ近づく方向へ移動する。これに対して、下部鉄芯４１は大きな質量を有するため、下部鉄芯４１と上部鉄芯４２との間に働く吸引力は、下部鉄芯４１に働く重力よりも小さい。その結果、下部鉄芯４１は若干移動する程度であり、大きく移動することがない。
【００２６】
再度図２を参照して、コイル３５に印加する電圧をＶ１からＶ２に増加させる。これにより、上部鉄芯４２と下部鉄芯４１との間で働く吸引力が大きくなり、下部鉄芯４１は復帰ばね２１を縮めながら可動接点２５へ近づく方向に移動する。そして、電圧がＶ２となると、下部鉄芯４１が可動接点２５を固定接点１０に接触させる。ただし、この段階では、下部鉄芯４１が可動接点２５を押付ける力が小さいため、ＳＭＲはオンしない。
【００２７】
次に、コイル３５に印加する電圧をＶ２からＶ３へ増加させると、さらに下部鉄芯４１は接圧ばね２２を可動接点２５へ近づく方向に移動させる。これにより、下部鉄芯４１はさらに固定接点１０へ近づく方向に移動する。
【００２８】
コイル３５に印加する電圧をさらに増加させて、電圧をＶ３からＶ４へ増加させると、接圧ばね２２がさらに縮み、下部鉄芯４１の変位が増加する。そして電圧がＶ４となると、固定接点１０と可動接点２５の接触が十分なものとなり、ＳＭＲがオン状態となる。電圧をＶ４からＶ５へ上げても下部鉄芯４１の変位は殆ど増加しない。
【００２９】
図４は、電圧Ｖ４が印加された状態（オン状態）での電磁継電器の断面図である。図４を参照して、オン状態であれば、下部鉄芯４１は上部鉄芯４２に接触している。このとき、コイル３５、筐体３０、接触部分３１、上部鉄芯４２および下部鉄芯４１の間では矢印３６で示す磁気回路が形成されており、下部鉄芯４１は、上部鉄芯４２および接触部分３１に強く引き付けられている。この引き付け力は、接圧ばね２２、復帰ばね２１のばね力と、下部鉄芯４１に働く重力よりも大きい。このとき、コイル３５にはＶ４以上の電圧が印加されている。可動接点２５が固定接点１０の正極１１と負極１２とを接続することで、固定接点１０の正極１１および負極１２間が導通する。
【００３０】
次に、ＳＭＲのオフ動作について説明する。図５は、電磁継電器のオフ動作を説明するために示す、コイルに印加される電圧と時間との関係を示すグラフである。まず、電圧をＶ５からＶ１まで低下させる。これにより、下部鉄芯４１と、上部鉄芯４２との間に働く吸引力が小さくなり、この吸引力は、下部鉄芯４１の重力と、ばねのばね力との合計よりも小さくなる。これに伴い、下部鉄芯４１は筐体３０の底部３２に着座する。
【００３１】
すなわち、電圧がＶ１では、図３で示す状態となる。さらに、電圧をＶ１からＶ０まで低下させると、接触部分３１と上部鉄芯４２との間に働く吸引力が、上部鉄芯４２に働く重力よりも小さくなる。これに伴い、上部鉄芯４２が下部鉄芯４１上に着座する。なお、上部鉄芯４２と下部鉄芯４１との間にばねを設けることで、上部鉄芯４２が下部鉄芯４１に接触する際の衝撃を吸収することが可能となる。
【００３２】
コイル３５には、上部および下部鉄芯４２，４１が筐体３０に支持される第１の電圧Ｖ０、上部鉄芯４２が接触部分３１に接触し、下部鉄芯４１が筐体３０に支持される第２の電圧Ｖ１、上部鉄芯４２が接触部分３１に接触し、下部鉄芯４１が上部鉄芯４２に接触する第３の電圧Ｖ２からＶ５が印加される。
【００３３】
以上のように構成された、この発明の実施の形態１に従った電磁継電器１では、図３および図４で示すように、上部鉄芯４２が一旦接触部分３１に接触した後、下部鉄芯４１が上部鉄芯４２に接触するように移動してオン状態となる。また、これとは逆に、下部鉄芯４１が底部３２に着座した後、その下部鉄芯４１上に上部鉄芯４２が着座することでオフ状態となる。以上のように、可動部材４０が上部鉄芯４２および下部鉄芯４１の２つに分割されているため、これらが一体として形成されている場合に比べて、小さな質量の可動部材が動くことになり、１度の接触時における音の発生を低減することができる。すなわち、従来では質量の大きな可動部材が他の部材に接触することにより、大きな音が生じていたが、本発明では、１回の接触で生じる音を小さくし、この音を複数回生じさせることで、全体としては、小さな音が生じるようにしている。その結果、作動音を低減することができる。
【００３４】
つまり、ＳＭＲの可動鉄芯を分割し、ＳＭＲオフ時の鉄芯の持つエネルギを分散させることで、作動音の低減を図っている。
【００３５】
（実施の形態２）
実施の形態２では、図５の点線で示すように、電圧を徐々に低下させることでＳＭＲのオフ動作を実現する。実施の形態１では、ステップ状の電圧を印加したが、実施の形態２では、スロープ状の電圧を印加する。このように構成された、実施の形態２に従った電磁継電器でも、実施の形態１に従った電磁継電器と同様の効果がある。
【００３６】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、実施の形態１および２では、可動部材４０を上部鉄芯４２および下部鉄芯４１の２つに分割したが、これに限定されるものではなく、２つ以上の可動鉄芯に分割してもよい。たとえば、上部鉄芯４２を複数個のワッシャで構成し、複数個のワッシャが下部鉄芯４１の突出部に嵌まり合うように構成してもよい。この場合、複数のワッシャにより構成される上部鉄芯４２は、吸引力により、徐々に接触部分３１に接触する構成とすることができる。
【００３７】
また、実施の形態１および２では筐体３０が支持手段と磁気回路形成部材とを兼ねる構成としたが、これに限定されるものではない。すなわち、下部鉄芯４１を支える部材として、非磁性体の支持手段を用い、磁気回路を形成する手段として、磁性材料により構成される磁気回路形成部材を設けてもよい。
【００３８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
この発明は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）におけるシステムメインリレーを構成する電磁継電器の分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の実施の形態１に従った電磁継電器の断面図である。
【図２】電磁継電器のオン動作を説明するために示す、コイルに印加される電圧と下部鉄芯の変位との関係を示すグラフである。
【図３】電圧Ｖ１が印加された状態での電磁継電器の断面図である。
【図４】電圧Ｖ４が印加された状態（オン状態）での電磁継電器の断面図である。
【図５】電磁継電器のオフ動作を説明するために示す、コイルに印加される電圧と時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１  電磁継電器、１０  固定接点、１１  正極、１２  負極、２５  可動接点、３０  筐体、３１  接触部分、３２  底部、３５  コイル、４０  可動部材、４１  下部鉄芯、４２  上部鉄芯。
【図１】
2005276592.tif 000003
【図２】
2005276592.tif 000004
【図３】
2005276592.tif 000005
【図４】
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【図５】
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