JP6744339B2

JP6744339B2 - 高電圧直流リレー

Info

Publication number: JP6744339B2
Application number: JP2018010772A
Authority: JP
Inventors: ファサーノ，マイケル
Original assignee: Carling Technologies Inc
Current assignee: Carling Technologies Inc
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: CN108364835B; EP3355334B1; US20180218864A1; CN108364835A; JP2018120861A; EP3355334A1; US10276335B2

Description

本発明は、高電圧応用に用いられるラッチングリレー（ｌａｔｃｈｉｎｇｒｅｌａｙ）に関し、より具体的に、高圧回路中断能力を具備するラッチングリレーに関する。

リレーは、数年に渡って各種の応用に用いられていた。リレーは、遠隔操作のスイッチング装置であり、一般的にコイルと少なくとも１群の接点とを備え、接続された装置へオン・オフ電源を供給する。コイルに印加された電力に基づいて、接点が状態を変えて、接続された装置の電源をオン／オフする。コイルに電源を入れたとき、接点が作動状態（開または閉）に移行する一方、コイルに電源を切ったとき、接点がデフォルト状態（開または閉）に移行する。

ラッチングリレーは、様々な応用に用いられる既知の特定のタイプのリレーである。ラッチングリレーは、機能上に上記「標準的な」リレーと相違する。相違点は、リレーが一旦状態を変えると、電源が切っても、接点が最後の位置に維持されることにある。そのため、例えば、コイルに電源を入れると、接点が状態（開または閉）を変える。コイルに電源を切ったとき、ラッチングリレーは、デフォルト状態に戻るのではなく、最後の状態を維持する。電力を印加することで接点の状態を再度変えないと、ラッチングリレーは、作動しない。

既知のラッチングリレーは、一般的にコイルに結合する永久磁石を含む。ラッチングリレーにおける接点の状態を変えるために、コイルに印加された電力の極性を変更して永久磁石によって生成された磁束を相殺する必要がある。これらのタイプの既知のラッチングリレーは、通常、ばねによりオフセットする。

標準的なラッチングリレーの問題点の１つは、高電圧応用に応用能力が制限されていることである。高電圧応用が一般的に高電力伝送に関連するため、これらの応用で使用されるスイッチング装置は、負荷をかけても有効で安全に切り替える必要がある。上記構造（コイルとともに使用される永久磁石）は、限度のある高電圧遮断能力を提供する。

本発明は、高電圧応用で使用可能な、負荷をかけても切り替えが許容されるラッチングリレーを提供する。換言すれば、高電流遮断能力を提供する。本願の目的は、用語「高電圧」を電力配分された電圧よりも高い電圧の応用に使用することにある。「国家電気安全規格（ＮａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＳａｆｅｔｙＣｏｄｅ）」（ＮＦＰＡ７０）に従って、下限は、一般的に８,７００Ｖである。しかし、これらの電圧が保護請求される発明の如何なる部分も構成しないことと、どうしても限定として解釈されないことは、理解されるべきである。

本発明の一実施例によれば、ラッチングリレーを提供する。当該ラッチングリレーは、第１コイルと、第２コイルと、共通プランジャーとを備え、当該共通プランジャーは、前記第１コイルと前記第２コイルの間に操作可能に接続されており、これによって、前記第１コイルの有効化により、前記プランジャーが第１方向において第１位置まで移動し、前記第２コイルの有効化により、前記プランジャーが前記第１方向とは逆方向である第２方向において第２位置まで移動する。当該ラッチングリレーは、共通接点と第１コイル接点と第２コイル接点とを含むリミットスイッチを更に備える。プランジャーの位置に応じて、共通接点の位置は、第１コイル接点との電気的接続位置と第２コイル接点との電気的接続位置の間で交互に切り替えられる。第１コイル接点が第１コイルに電気的に接続され、第２コイル接点が第２コイルに電気的に接続されることにより、電力は、共通接点に印加される際、共通接点の位置に応じて、第１コイル又は第２コイルに交互に印加される。

当該ラッチングリレーは、負荷へ給電する閉位置と負荷への給電が遮断される開位置との間で移動可能な１対の負荷接点を更に備える。これらの実施例のうちの特定実施例に、プランジャーが第１位置にあるとき、負荷接点は、閉位置に存在し、プランジャーが第２位置にあるとき、負荷接点は、開位置に存在する。これらの実施例のうちの一部では、当該１対の負荷接点は、固定の負荷接点と移動可能な負荷接点とを含む。

幾つかの実施例では、当該ラッチングリレーは、プランジャーに操作可能に接続される移動可能な負荷タッチアームを更に備え、移動可能な負荷接点は、移動可能な負荷タッチアームに設けられている。これらの実施例のうちの特定実施例では、当該ラッチングリレーは、プランジャー、移動可能な負荷タッチアーム及びリミットスイッチの間に操作可能に接続される連動部品を更に備え、ただし、プランジャーの移動により、移動可能なタッチアームとリミットスイッチの共通接点とが当該連動部品を介して同時に移動する。

幾つかの実施例では、当該ラッチングリレーは、当該１対の負荷接点の近傍に位置決めされる消弧装置を更に備え、当該消弧装置は、当該１対の負荷接点の間で発生した電気アークが消滅することを促進する。これらの実施例のうちの特定実施例では、当該消弧装置は、複数の消弧板を備える。

幾つかの実施例では、当該ラッチングリレーは、第１コイルと第２コイルとプランジャーとリミットスイッチと１対の負荷接点と消弧装置とが配置されているケースを更に備える。これらの実施例のうちの特定実施例では、当該ケースには、気体および／または砕屑をケースから排出するための少なくとも１つの通気孔が形成されている。これらの実施例のうちの幾つかの実施例では、前記少なくとも１つの通気孔は、消弧装置の近傍に位置決めされる複数の通気孔を含む。

幾つかの実施例では、第１コイル、第２コイル及びリミットスイッチは、何れも共通する回路板に取り付けられている。幾つかの実施例では、リミットスイッチの共通接点は、第１コイル接点との電気接続位置と第２コイル接点との電気接続位置のうちの一方の電気接続位置へオフセットするが、前記プランジャーの位置に応じて、当該オフセットに対して、第１コイル接点との電気接続位置と第２コイル接点との電気接続位置のうちの他方の電気接続位置へ移動可能である。

本発明の別の態様によれば、ラッチングリレーを提供する。当該ラッチングリレーは、ケースと、当該ケース内に設けられる第１コイルと、当該ケース内に設けられる第２コイルと、共通プランジャーとを備え、当該共通プランジャーとは第１コイルと第２コイルの間に操作可能に接続されており、これによって、第１コイルの有効化により、プランジャーが第１方向において第１位置まで移動し、第２コイルの有効化により、プランジャーが第１方向とは逆方向である第２方向において第２位置まで移動する。当該ラッチングリレーは、ケース内に設けられ、共通接点と第１コイル接点と第２コイル接点とを含むリミットスイッチをさらに備え、プランジャーの位置に応じて、共通接点の位置が第１コイル接点との電気接続位置と第２コイル接点との電気接続位置の間で交互に切り替えられる。第１コイル接点が第１コイルに電気的に接続され、第２コイル接点が第２コイルに電気的に接続されることにより、電力は、共通接点に印加される際、共通接点の位置に応じて、第１コイル又は第２コイルに交互に印加される。移動可能な負荷タッチアームはプランジャーに操作可能に接続され、１対の負荷接点は、負荷へ給電する閉位置と負荷への給電が遮断される開位置との間で移動可能であり、当該１対の負荷接点は、固定の負荷接点と移動可能な負荷タッチアームに設けられる移動可能な負荷接点とを含む。連動部品は、プランジャー、移動可能な負荷タッチアーム及びリミットスイッチの間に操作可能に接続され、プランジャーの移動により、移動可能なタッチアームとリミットスイッチの共通接点とが連動部品を介して同時に移動する。

図面を参照すると、本発明の他の特徴及び利点がより明瞭になる。
本発明のラッチングリレーの例示的な構造の側面断面図である。図１のラッチングリレー回路の模式図であり、第１と第２コイルとリミットスイッチとの間の電気連通を示す。

図１は、本発明のラッチングリレー１０の１つの例示的な構造を示す。当該ラッチングリレー１０は、第１コイル１２と、第２コイル１４と、第１コイル１２と第２コイル１４の間に操作可能に接続される共通プランジャー１６とを備える。示されたリレーコイル端子１８は、延在してケース２０を通してオン・オフ電源（図示せず）に接続されている。

示された第１コイル１２と第２コイル１４は、何れも回路板２２に位置決めされている。当該回路板２２は、更にケース２０内に位置決めされている。リミットスイッチ２４が回路板２２に位置することも示されている。以下で全面的に議論された通り、機械位置インジケータ２６は、プランジャー１６とリミットスイッチ２４の間に操作可能に接続されている。

ラッチングリレーケース２０内には、移動可能なタッチアーム２８が垂直に取り付けられている。当該移動可能なタッチアーム２８は、その遠位端に位置する移動可能接点３０を備える。また、移動可能なタッチアーム２８は、打開状態（点線で示す）と閉鎖状態（実線で示す）の間で固定接点３２に対して移動可能である。２つの負荷電源端子３４、３６が図に示されている。１つの負荷電源端子は、ケース２０の左側から移動可能接点３０に電気的に接続され、もう１つの負荷電源端子は、ケース２０の右側から固定接点３２に電気的に接続されている。

複数の消弧板３８である形態の消弧装置は、ケース２０の底部に位置決めされ、且つ開・閉の時に移動可能なタッチアーム２８のストローク経路の近傍に位置決めされている。消弧装置は、負荷接点３０、３２の間で発生した電気アークが消滅することを促進する。通風口４０は、ケース２０の底部に位置し、消弧板３８寄りで、移動可能なタッチアーム２８のストローク経路に沿うことにより、気体と砕屑が通風口４０へプッシュされてこれらの気体と破片の排出が促進される。

ラッチングリレー１０の操作に戻ると、第１コイル１２、第２コイル１４及びそれらの間に操作可能に接続される共通プランジャー１６は、図１の実線で示すように、第１コイル１２を有効化することで共通プランジャー１６が第１方向に沿って第１位置（即ち、第１コイル１２へ向かう）まで移動するように構成される。一方で、図１の点線で示すように、第２コイル１４を有効化することにより、プランジャー１６は、第１方向とは逆方向である第２方向において第２位置（即ち、第２コイル１４へ向かう）まで移動する。

図２は、ラッチングリレー回路１００を示す模式図である。図に示すように、リミットスイッチ２４は、共通接点４２、第１コイル接点４４及び第２コイル接点４６を備える。以下でより充分に議論されたように、共通接点４２の位置は、プランジャー１６の位置に応じて、第１コイル接点４４との電気接続位置または第２コイル接点４６との電気接続位置の間で交互に切り替えられる。第１コイル接点４４が第１コイル１２に電気的に接続され、且つ第２コイル接点４６が第２コイル１４に電気的に接続されることにより、電力は、コイル端子４８を介して共通接点４２に印加される際、共通接点４２の位置に応じて、第１コイル１２又は第２コイル１４に交互に印加される。

例えば、共通接点４２が図２に示す位置にある場合には、電力がコイル端子１８へ印加される際、電力が第２コイル１４に印加される。これによって、プランジャー１６が第２コイル１４に引っ張られて負荷接点３０、３２が開放される。これも、リミットスイッチ２４内の接点接続を変更する役割を果たす。以下で、それを説明する。

図１に再び戻ると、ラッチングリレー１０は、プランジャー１６、移動可能な負荷タッチアーム２８及びリミットスイッチ２４の間に操作可能に接続される連動部品４８を更に備える。こうして、プランジャー１６の移動により、移動可能なタッチアーム２８と共通接点４２は、連動部品４８を介して同時に移動する。

より具体的には、示された連動部品４８は、枢軸点５０周りに回動可能である。連動部品４８の一端に溝５２が設けられている。当該溝がプランジャー１６に設けられるピン５４にスライド可能に接合することにより、プランジャー１６のスライドを連動部品４８の枢動へ変換する。

枢軸点５０の反対側には、ばね５８に接続されるピン５６又は類似する部品がある。ばね５８の他方端は、移動可能な負荷タッチアーム２８に接続されている。そのため、プランジャー１６が一方向又は他方向にスライドすると、連動部品４８は、枢動してばね５８を引っ張る。ある点に達すると、引っ張られたばね５８の力により、移動可能な負荷タッチアーム２８が急速に移動し、これによって、負荷接点３０、３２が急速に開放又は閉鎖される。ばね５８の力により、閉鎖位置にある時の負荷接点３０、３２が接触したままであることを保証する。

さらに、連動部品４８の端部６０が機械位置インジケータ２６に接触し、当該機械位置インジケータ２６が更にリミットスイッチ２４に操作可能に接続されている。機械位置インジケータ２６は、ばね６２又は類似する部品を備えてもよく、機械位置インジケータ２６を左（図１に示す向きから見る）へオフセットする。しかし、図に示すように、機械位置インジケータ２６は、連動部品４８の端部６０に接触して押し付けられてオフセットに対して逆方向へ（即ち、右へ）移動する。

当業者であれば分かるように、機械位置インジケータ２６が右へ位置決めされる（図１に示す）時、共通接点４２は、第２コイル接点４６と電気的に連通し（図２に示す）、機械位置インジケータ２６が左へ位置決めされる時、共通接点４２は、第１コイル接点４４と電気的に連通する。

したがって、図１と２における実線で示された部品の位置（即ち、負荷接点３０、３２を閉鎖することで、負荷が高電圧の電力を受ける）から、電力がコイル端子１８に印加された後、電力が第２コイル１４に印加される。これによって、プランジャー１６が第２コイル１４へ引っ張られて負荷接点３０、３２が開放される。これにより、機械位置インジケータ２６が左へ移動し、これによって、リミットスイッチ２４の共通接点４２が第１コイル接点４４に電気的に連通するまで移動する。

したがって、今度電力がコイル端子１８に印加される際、電力が第１コイル１２に印加されるため、それは、プランジャー１６を第１コイル１２へ引っ張って高圧接点３０、３２を閉鎖する役割を果たす。これも、図２に示す位置に戻るようにリミットスイッチ２４における接点接続を変更する役割を果たす。

このようにして、ラッチングリレー１０は、コイル端子１８へ電力を印加した後で状態を変えるが、電力を再びコイル端子１８に印加する前に状態を変えない。

当該構造では、電力を印加してプランジャーを１つのコイルから別のコイルまで駆動する必要がある。負荷がかかる場合にも、当該駆動力が必要な動力を与えて高圧接点を開放することもできる。換言すれば、プランジャーの第１状態と第２状態の間の駆動により、高電流中断能力が許容される。

以上は、部品の特殊な配置、特徴等を参照して本発明を記述したが、あらゆる可能な配置又は特徴を尽くすことを意図しない。実際に、他の大量の変更案や変形は、当業者が容易に想到し得るものである。

Claims

第１コイルと、
第２コイルと、
前記第１コイルと前記第２コイルの間に操作可能に接続される共通プランジャーであって、前記第１コイルの有効化により、前記プランジャーが第１方向において第１位置まで移動し、前記第２コイルの有効化により、前記プランジャーが前記第１方向とは逆方向である第２方向において第２位置まで移動する共通プランジャーと、
共通接点、第１コイル接点及び第２コイル接点を含み、前記プランジャーの位置に応じて、前記共通接点の位置が前記第１コイル接点との電気接続位置と前記第２コイル接点との電気接続位置の間で交互に切り替えられるリミットスイッチと、を備え、
前記第１コイル接点が前記第１コイルに電気的に接続され、前記第２コイル接点が前記第２コイルに電気的に接続されることにより、電力は、前記共通接点に印加される際、前記共通接点の位置に応じて、前記第１コイル又は前記第２コイルに交互に印加され、
負荷へ給電する閉位置と負荷への給電が遮断される開位置との間で移動可能な１対の負荷接点を更に備え、
前記１対の負荷接点は、固定の負荷接点と、移動可能な負荷接点とを含み、
前記プランジャーに操作可能に接続される移動可能な負荷タッチアームを更に備え、
前記移動可能な負荷接点は、前記移動可能な負荷タッチアームに設けられ、
前記プランジャー、前記移動可能な負荷タッチアーム及び前記リミットスイッチの間に操作可能に接続される連動部品と、機械位置インジケータとを更に備え、
前記連動部品の端部は、前記機械位置インジケータに接触し、前記機械位置インジケータは、更に前記リミットスイッチに操作可能に接続され、
前記機械位置インジケータは、第１ばねを備え、
前記機械位置インジケータは、前記第１ばねによって一方向へオフセットされ、
前記機械位置インジケータは、前記連動部品の端部に接触して押し付けられてオフセットに対して他方向へ移動し、
前記連動部品と前記移動可能なタッチアームとの間に、第２ばねが接続され、
前記プランジャーの移動により、前記移動可能なタッチアームと前記リミットスイッチの前記共通接点とが前記連動部品を介して同時に移動し、
前記１対の負荷接点は、前記共通接点に印加される電力を順次にオフ、オンすることによって、前記閉位置と前記開位置との間で移動することを特徴とするラッチングリレー。
前記プランジャーが第１位置にあるとき、前記負荷接点は、前記閉位置に存在し、前記プランジャーが第２位置にあるとき、前記負荷接点は、前記開位置に存在することを特徴とする請求項１に記載のラッチングリレー。
前記１対の負荷接点の近傍に位置決めされる消弧装置を更に備え、
前記消弧装置は、前記１対の負荷接点の間で発生した電気アークが消滅することを促進することを特徴とする請求項１に記載のラッチングリレー。
前記消弧装置は、複数の消弧板を備えることを特徴とする請求項３に記載のラッチングリレー。
前記第１コイルと前記第２コイルと前記プランジャーと前記リミットスイッチと前記１対の負荷接点と前記消弧装置とが配置されているケースを更に備えることを特徴とする請求項３に記載のラッチングリレー。
前記ケースには、気体および／または砕屑を前記ケースから排出するための少なくとも１つの通気孔が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のラッチングリレー。
前記少なくとも１つの通気孔は、前記消弧装置の近傍に位置決めされる複数の通気孔を含むことを特徴とする請求項６に記載のラッチングリレー。
前記第１コイル、前記第２コイル及び前記リミットスイッチは、何れも共通回路板に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のラッチングリレー。
前記リミットスイッチの前記共通接点は、
前記第１コイル接点との電気接続位置と前記第２コイル接点との電気接続位置のうちの一方の電気接続位置へオフセットし、且つ、
前記プランジャーの位置に応じて、前記オフセットに対して、前記第１コイル接点との電気接続位置と前記第２コイル接点との電気接続位置のうちの他方の電気接続位置へ移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のラッチングリレー。
ケースと、
前記ケース内に設けられる第１コイルと、
前記ケース内に設けられる第２コイルと、
前記第１コイルと前記第２コイルの間に操作可能に接続される共通プランジャーであって、前記第１コイルの有効化により、前記プランジャーが第１方向において第１位置まで移動し、前記第２コイルの有効化により、前記プランジャーが前記第１方向とは逆方向である第２方向において第２位置まで移動する共通プランジャーと、
前記ケース内に設けられ、共通接点と第１コイル接点と第２コイル接点とを含むリミットスイッチであって、前記プランジャーの位置に応じて、前記共通接点の位置が前記第１コイル接点との電気接続位置と前記第２コイル接点との電気接続位置の間で交互に切り替えられるリミットスイッチと、
前記プランジャーに操作可能に接続される移動可能な負荷タッチアームと、
負荷へ給電する閉位置と負荷への給電が遮断される開位置との間で移動可能な、固定の負荷接点と移動可能な負荷接点とを含む１対の負荷接点と、
前記プランジャー、前記移動可能な負荷タッチアーム及び前記リミットスイッチの間に操作可能に接続される連動部品と、機械位置インジケータとを備え、
前記第１コイル接点が前記第１コイルに電気的に接続され、前記第２コイル接点が前記第２コイルに電気的に接続されることにより、電力は、前記共通接点に印加される際、前記共通接点の位置に応じて、前記第１コイル又は前記第２コイルに交互に印加され、
前記連動部品の端部は、前記機械位置インジケータに接触し、前記機械位置インジケータは、更に前記リミットスイッチに操作可能に接続され、
前記機械位置インジケータは、第１ばねを備え、
前記機械位置インジケータは、前記第１ばねによって一方向へオフセットされ、
前記機械位置インジケータは、前記連動部品の端部に接触して押し付けられてオフセットに対して他方向へ移動し、
前記連動部品と前記移動可能なタッチアームとの間に、第２ばねが接続され、
前記プランジャーの移動により、前記移動可能なタッチアームと前記リミットスイッチの前記共通接点とが前記連動部品を介して同時に移動し、
前記１対の負荷接点は、前記共通接点に印加される電力を順次にオフ、オンすることによって、前記閉位置と前記開位置との間で移動することを特徴とするラッチングリレー。
前記プランジャーが第１位置にあるとき、前記負荷接点は、閉位置に存在し、前記プランジャーが第２位置にあるとき、前記負荷接点は、開位置に存在することを特徴とする請求項１０に記載のラッチングリレー。
前記１対の負荷接点の近傍に位置決めされる消弧装置を更に備え、
前記消弧装置は、前記１対の負荷接点の間で発生した電気アークが消滅することを促進することを特徴とする請求項１０に記載のラッチングリレー。
前記消弧装置は、複数の消弧板を備えることを特徴とする請求項１２に記載のラッチングリレー。
前記ケースには、気体および／または砕屑を前記ケースから排出するための少なくとも１つの通気孔が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のラッチングリレー。
消弧装置をさらに備え、前記少なくとも１つの通気孔は、前記消弧装置の近傍に位置決めされる複数の通気孔を含むことを特徴とする請求項１４に記載のラッチングリレー。
前記第１コイル、前記第２コイル及び前記リミットスイッチは、何れも共通回路板に取り付けられていることを特徴とする請求項１０に記載のラッチングリレー。
前記リミットスイッチの前記共通接点は、
前記第１コイル接点との電気接続位置と前記第２コイル接点との電気接続位置のうちの一方の電気接続位置へオフセットし、且つ、
前記プランジャーの位置に応じて、前記オフセットに対して、前記第１コイル接点との電気接続位置と前記第２コイル接点との電気接続位置のうちの他方の電気接続位置へ移動可能であることを特徴とする請求項１０に記載のラッチングリレー。