JP4798779B2 - 界面活性化リレーコンタクト用回路及びリレーコンタクトの界面活性化方法 - Google Patents

Description

本発明は電磁リレーに関し、より特定するとリレーコンタクトの界面を活性化する回路及び方法に関する。

電磁リレーは多くの用途に使用されている。電流、負荷を切り換えるためにリレーが使用されている用途がある。しかし、別の用途では、電圧の分離のため、又は安全制御の付加的レベルのためのみにリレーが使用されている。これらの分離タイプのリレーは、コンタクトにより開閉されない負荷を有する、ドライ回路と称されることがある回路を含む。代わりに、閉成後且つ開離前にコンタクトを通って電流が流れるが、コンタクトは直接的に負荷を制御しない。リレーコンタクトは、負荷を制御する別のデバイスへの電力を単に制御するのみである。

リレーが長期にわたって電流の切り換えをしない回路において、酸化物、炭化水素等の有害な化学物質がリレーコンタクトに形成される。これら物質の堆積は、電圧降下、コンタクトの過熱を生じ得る接触抵抗を増加させる。さらに、化学物質の堆積が続くと、リレーを閉成し通電しても、リレーが開回路のままになるおそれがある。
特開２００２−１６３９６８号公報 特開２００５−２５３１５６号公報

現在、化学物質の堆積の補償無しで、多くの回路が設計されている。他方、コンタクト上の化学物質堆積を防止又は減少するよう設計された既存の回路は、リレー、キャパシタ及び抵抗等のコスト高となる追加部品を使用し、リレーが閉成する際にコンタクトに予め電気を供給する。これは一般に、コンタクトの「界面活性化」（wetting）と呼ばれる。

上述の問題は、本明細書に開示される安価で効率のよいコンタクト界面活性化の回路及び方法で解決する。本発明の回路は、リレーコイル、可動コンタクト及び固定コンタクトを有するリレーを具備する。可動コンタクトは、リレーコイルに電圧を印加する際に開位置及び閉位置間を移動可能であり、閉位置で固定コンタクトと係合する。可動コンタクトは、リレーコイルへの電圧印加が断たれると閉位置から開位置へ移動する。トランジスタは、負荷を介してリレーコイルに接続される。トランジスタは、リレーコイルへの電圧印加が断たれた後にリレーコイルに負荷を与え、可動コンタクトが閉位置から開位置へ移動すると可動コンタクト及び固定コンタクト間にアークを発生させる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の典型的な一実施形態に従って形成された電磁リレー１０２を示す断面図である。リレーの他のタイプも使用可能である。リレー１０２は、ヨーク１０３、コア１０５を取り囲むコイル１０４、及び可動アーマチュア１０７を有する。リレー１０２は、固定コンタクト１０８と、ばね１０９に取り付けられた可動コンタクト１０６とを有する。ばね１０９はコア１０５から離れる方向にアーマチュア１０７を付勢するので、コンタクト１０６，１０８は常開型である。コイル１０４に十分な電流が流れている場合、リレー１０２に電圧が印加され、アーマチュア１０７はコア１０５に磁気吸引され、コア１０５の方にアーマチュア１０７を移動させ、固定コンタクト１０８と係合するよう可動コンタクト１０６を移動させる。

図２は、本発明の典型的な一実施形態に従って形成されたリレー界面活性化回路１００を示す回路である。リレー界面活性化回路は、リレー回路又は他の電気回路等の別の回路の一部を形成してもよい。リレー界面活性化回路１００は、リレーコイル１０４、可動コンタクト１０６及び固定コンタクト１０８を有する。リレー界面活性化回路１００は、リレー１０２への電圧印加を断つ際にコンタクト１０６，１０８の界面を活性化させるために使用される。例えば、リレー１０２への電圧印加が断たれると、可動コンタクト１０６は開位置にあり、固定コンタクト１０８と係合しない。しかし、リレー１０２に電圧が印加されると、可動コンタクト１０６は閉位置に移動し、固定コンタクト１０８と係合する。リレー１０２への電圧印加を断つ際、可動コンタクトは開位置に再度移動する。リレー界面活性化回路１００は、可動コンタクト１０６が開位置に戻ると、コンタクト１０６，１０８間にアークを発生させるか、又は電気を供給するために使用される。コンタクト１０６，１０８間に形成されたアークは、コンタクト１０６，１０８から、長期にわたって蓄積される化学物質の堆積を清浄化又は除去する。典型的な一実施形態において、リレー界面活性化回路１００は、後述するように、アークを形成するためにリレーに電流を供給するスイッチングトランジスタ１１０を有する。

作動時において、リレー１０２は、電源１２０から別の電気部品、電気デバイス又は電気回路への電圧を分離するために電気システム内で使用することができる。リレー１０２に電流が流れるすなわちリレーに電圧が印加されると、電源１２０からの電圧は、出力端子１２２での出力として他のデバイスに伝達される。しかし、リレー１０２が駆動解除されるすなわちリレー１０２への電圧印加が断たれると、電源１２０は他のデバイスに電気的に接続されず、電圧が伝達されない。図示の実施形態において、電源１２０はリレー１０２の固定コンタクト１０８に接続され、出力端子１２２はリレー１０２の可動コンタクト１０６に接続される。このため、リレーが閉状態になると、電源１２０は出力端子１２２に接続される。

リレー１０２を作動させる際、リレーの電力端子１２４は接続点Ａでリレーコイル１０４の第１端子に接続される。リレー電力端子１２４は、作動中にリレーコイル１０４の第１端子に電圧を供給することによりリレーコイル１０４に電圧を印加する。電圧がリレーコイル１０４に供給されると、可動コンタクト１０６は常開位置から閉位置に移行し、電源１２０からの電圧は出力端子１２２に伝達される。リレー電力端子１２４は、リレー界面活性化回路１００から分離した制御デバイス又は制御回路により制御することができる。リレーコイル１０４の第２端子は、接続点Ｂで接地端子１３２を介して回路の接地に接続される。図示の実施形態において、リレー電力端子１２４及びリレー１０２間に、ステアリングダイオード又はブロッキングダイオード等のダイオード１３０が設けられる。ダイオード１３０は逆バッテリ保護を提供する。接地端子１３２及びリレー電力端子１２４間に、キャパシタ１３４が設けられる。リレーコイル１０４の第１端子及び第２端子の間には、戻り（fly-back）ダイオード等のダイオード１３６が設けられる。

制御端子１４０は、リレー界面活性化回路１００に接続した状態で設けることができる。一実施形態において、制御端子１４０は制御トランジスタ１４２のベースに接続され、制御トランジスタ１４２に対して電圧を供給する。このため、制御トランジスタ１４２の作動は、制御端子１４０により制御される。任意であるが、電源１２０及び出力端子１２２の間に制御トランジスタ１４２を設けてもよい。制御トランジスタ１４２、及び電源１２０から出力端子１２２への電力供給を制御することにより、制御端子１４０は、安全構造又は安全用制御の付加的レベルとして作動することができる。一実施形態において、制御トランジスタ１４２は、制御トランジスタ１４２のエミッタがリレー１０２の可動コンタクト１０６に接続され、制御トランジスタ１４２のコレクタが出力端子１２２に接続されたバイポーラ・ジャンクション・トランジスタ（ＢＪＴ）に代表される。或いは、図２に示されるように、制御トランジスタ１４２は、電源１２０及び出力端子１２２間に接続された３端子空乏型トランジスタに代表されてもよい。任意であるが、接地端子１３２及び制御端子１４０間に、キャパシタ１４４を設けてもよい。任意であるが、制御端子１４０及び制御トランジスタ１４２間に、抵抗１４６を設けてもよい。

上述した部品は、電源１２０からの電圧を出力端子１２２に供給するためにリレー１０２を作動させるよう使用してもよい。例えば、リレー電力端子１２４からリレーコイル１０４に電圧が供給されると、可動コンタクト１０６は開位置から閉位置に移動し、可動コンタクト１０６は固定コンタクト１０８と係合する。閉位置において、閉回路が形成され、電源１２０を出力端子１２２に接続する。さらに、電源１２０からの電圧を出力端子１２２に供給するよう制御端子１４０が制御トランジスタ１４２を作動させる。リレー電力端子１２４からの電圧がリレーコイル１０４で一旦止まると、可動コンタクト１０６は開位置に戻る。電気機械リレー１０２は、リレーコイルへの電圧印加が断たれた後であるが可動コンタクト１０６が開位置に移動する前に、ドロップアウト時間を有する。このため、可動コンタクト１０６は、リレーコイル１０４への電圧印加が断たれた後に所定時間だけ固定コンタクト１０８と係合する。ドロップアウト時間は約10ミリ秒であるが、特定のリレー１０２に依存する。与えられた電気システムはドライシステムであるので、コンタクト１０６，１０８は、長期にわたってリレーコンタクト１０６，１０８上に酸化物及び炭化水素等の有害な化学物質の堆積を形成する。化学物質の堆積により、電圧降下、コンタクト１０６，１０８の過熱を生じ得る接触抵抗が増加する。さらに、化学物質の堆積が続くと、リレー１０２を閉成し通電しても、リレー１０２が開回路のままになるおそれがある。しかし、詳細に後述するように、可動コンタクト１０６が閉位置から開位置に移動すると、リレーコイル１０４への電圧印加が断たれた後、スイッチングトランジスタ１１０がリレーコイル１０４に負荷を与えてコンタクト１０６，１０８間にアークを発生させる。

図示の実施形態において、スイッチングトランジスタ１１０は、ベース、エミッタ及びコレクタを有するＢＪＴ型トランジスタで代表される。ベースは、接続点Ａでリレーコイル１０４の第１端子に接続される。典型的な一実施形態において、ベース及び第１端子間に抵抗１５０が設けられ、抵抗１５０及び接地端子１３２間にキャパシタ１５２が設けられる。スイッチングトランジスタ１１０のエミッタは、リレー１０２の可動コンタクト１０６に接続される。このため、エミッタは、可動コンタクト１０６及び固定コンタクト１０８が互いに係合する場合にのみ電力供給されたリレーコンタクトに接続される。スイッチングトランジスタ１１０のコレクタは、負荷１５４を介して接地端子１３２に接続される。任意であるが、負荷１５４は抵抗、インダクタ、キャパシタ等であってもよく、負荷１５４は抵抗性でも誘導性であってもよい。図示の実施形態において、負荷１５４は抵抗に代表される。一実施形態において、負荷１５４は、リレー１０２の閉成したコンタクト１０６，１０８を介して500ミリＡから１Ａを供給する寸法に設定される。この電流は、可動コンタクト１０６が固定コンタクト１０８から分離される際にコンタクト１０６，１０８の界面を活性化させるのに必要なアークを発生させる。しかし、特定用途に依存して、コンタクト１０６，１０８の界面を活性化させるために異なる寸法の負荷１５４を設けることができる。任意であるが、電流はリレー１０２のドロップアウト時間に限定されるので、負荷１５４の出力レベルを下げてもよい。

典型的な一実施形態において、電源１２０の電圧は直流12Ｖであり、リレー界面活性化回路１１０用に、負荷１５４は24オーム、１Ｗである。Ｉ＝Ｖ／Ｒの数式を用いると、接点界面活性化電流は約500ミリＡである。他の界面活性化回路では、代表的には500ミリＡを連続して流すために６Ｗ抵抗が使用される。リレー界面活性化回路１００では、他の界面活性化回路と比較して負荷１５４は小さく、トランジスタ１１０は対応して寸法が設定されると共に出力が下げられるので、他の界面活性化回路と比較してコストが低減する。リレー１０２に電源がいつ投入されても、スイッチングトランジスタ１１０のベースは、抵抗１５０を介してダイオード１３０による電圧降下を差し引いたリレー電力端子１２４の電圧まで引き上げられる。従って、スイッチングトランジスタ１１０は効果的にオフになる。リレーコイル１０４への電圧印加が断たれると（例えば、リレー電力端子１２４からの電圧が除去されると）、スイッチングトランジスタ１１０は、スイッチングトランジスタ１１０のベースは、電圧降下を検知してオンになる、すなわちスイッチングトランジスタ１１０を駆動するので、リレーコンタクト１０６，１０８に界面活性化電流を供給する。この界面活性化電流は、リレーコンタクト１０６，１０８が分離する際に、リレーコンタクト１０６，１０８間にアークを発生させ、コンタクトを清浄化する。トランジスタ１１０はリレー１０２のドロップアウト時間より迅速にリレーコイル１０４に負荷を与えるので、リレーコンタクト１０６，１０８の分離に先立ってリレーコンタクト１０６，１０８に界面活性化電流が供給される。スイッチングトランジスタ１１０への電圧源は、リレーコンタクト１０６，１０８が分離する際に除去されるので、スイッチングトランジスタ１１０を通る電流は止まる。任意であるが、電流の持続時間は、リレー１０２のドロップアウト時間に依存してもよい。任意であるが、ダイオード１３６は、リレーコイル１０４の第２端子から第１端子にリレーコイル電流を再循環させる経路を提供することにより、リレーのドロップアウト時間を遅延させる。ダイオード１３６はまた、リレーコイル１０４の誘導性の反発から過渡電圧を防止することができる。従って、リレー界面活性化回路１００は、トランジスタ１１０の使用によりリレーコンタクト１０６，１０８に界面活性化電流を供給する。

図３は、リレー界面活性化回路１１０を使用した典型的な一実施形態である自動車ブレーキ回路の回路図である。図２を参照して説明したリレー界面活性化回路１００は自動車ブレーキ回路２００の一部品として使用することができるので、同様の部品を説明するために同様の参照符号が使用される。自動車ブレーキ回路２００は、テールランプ又は電子ブレーキ機構等のデバイス２０２に電源を供給するために使用することができる。デバイス２０２は電源１２０から電源が供給される。一実施形態において、電源を直流12Ｖのバッテリである。

上述したように、リレー１０２は、デバイス２０２から電源１２０を分離するために設けられる。リレー１０２は、リレー電力端子１２４から電圧が印加される。電圧印加時に、可動コンタクト１０６は、開位置から図３に図示された閉位置に移動する。この閉位置において、電源１２０は自動車ブレーキ回路２００のコントローラ２０４に接続される。コントローラ２０４は出力端子１２２に出力信号を送る。この出力信号が出力端子１２２に受信されると、デバイス２０２に電力が供給される。典型的な一実施形態において、出力端子１２２は、デバイス２０２に電源を供給する前に、コントローラ２０４及び自動車ブレーキ回路２００の他の回路の一方又は双方から他の出力信号を受信する。例えば、図示の実施形態において、コントローラ２０４は制御端子１４０に接続され、コントローラ２０４は、出力端子１２２に出力信号を出力する前に、制御端子１４０から所定の入力を必要とする。コントローラ２０４はまた、接地端子１３２に接続される。

作動時にリレー電力端子１２４がリレー１０２への電圧印加を止めると、リレー界面活性化回路１００はリレーコンタクト１０６，１０８を界面活性化する。詳細に上述したように、スイッチングトランジスタ１１０リレーコンタクト１０６，１０８に界面活性化電流を供給するので、リレーコンタクト１０６，１０８が分離する際に、リレーコンタクト１０６，１０８間に、リレーコンタクト１０６，１０８に形成された化学物質の堆積を清浄化（除去）するアークが発生する。

リレー界面活性化回路１００は、低コスト及び信頼性高く配置されると共に作動する。リレー界面活性化回路１００は、ベース、エミッタ及びコレクタを有するスイッチングトランジスタ１１０を具備する。ベースはリレーコイル１０４に接続され、エミッタは可動コンタクト１０６に接続され、コレクタは負荷１５４を介して接地端子１３２に接続される。リレー界面活性化回路１００は、リレー１０２への電圧印加が断たれる際にリレーコンタクト１０６，１０８を介して十分な電流を自動的に供給し、有害な化学物質の堆積を消散させるアークを発生させる。次に電流は、リレーコンタクト１０６，１０８が分離すると、自動的に止まる。電流の持続時間はリレーのドロップアウト時間に依存し、代表的には２〜10ミリ秒である。さらに、ドロップアウト時間の瞬間にスイッチングトランジスタ１１０からリレーコイル１０４に界面活性化電流が供給されると、界面活性化電流は、リレーコンタクト１０６，１０８が分離した時間にも存在するであろう。

種々の特定実施形態に関して本発明を説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲の真髄の範囲内で本発明に変更を加えることができることを理解するであろう。

本発明の典型的な一実施形態の電磁リレーを示す断面図である。 図１のリレーと共に使用可能な、本発明の典型的な一実施形態のリレー界面活性化回路を示す回路図である。 図１のリレーの使用の典型的な一実施形態である自動車ブレーキ回路及び図２のリレー界面活性化回路を示す回路図である。

符号の説明

１００ リレー界面活性化回路
１０２ リレー
１０４ リレーコイル
１０６ 可動コンタクト
１０８ 固定コンタクト
１１０ トランジスタ
１３２ 接地端子
１５０ 抵抗
１５４ 負荷

Claims (8)

1. リレーコイル（１０４）、可動コンタクト（１０６）及び固定コンタクト（１０８）を有するリレー（１０２）と、負荷（１５４）を介して前記リレーコイルに接続されるトランジスタ（１１０）とを具備する、リレーコンタクト界面活性化回路であって、
   前記可動コンタクトは、前記リレーコイルに電圧を印加する際に開位置及び閉位置間を移動可能であり、
   前記可動コンタクトは、前記閉位置で前記固定コンタクトと係合し、
   前記可動コンタクトは、前記リレーコイルへの電圧印加が断たれると前記閉位置から前記開位置へ移動し、
   前記トランジスタは、前記リレーコイルへの電圧印加が断たれた後に該リレーコイルに負荷を与え、前記可動コンタクトが前記閉位置から前記開位置へ移動すると前記可動コンタクト及び前記固定コンタクト間にアークを発生させることを特徴とするリレーコンタクト界面活性化回路。
2. 前記トランジスタは、前記リレーコイルへの電圧印加が断たれる際に駆動されることを特徴とする請求項１記載のリレーコンタクト界面活性化回路。
3. 前記リレーコイルへの電圧印加が断たれた後、前記可動コンタクトが前記閉位置から前記開位置に移動する前に、前記リレーが所定のドロップアウト時間だけ前記可動コンタクトを前記閉位置に保ち、前記トランジスタが前記所定のドロップアウト時間より迅速に前記リレーコイルに負荷を与えることを特徴とする請求項１記載のリレーコンタクト界面活性化回路。
4. 前記負荷は、抵抗、インダクタ及びキャパシタのうちの少なくとも１種類からなることを特徴とする請求項１記載のリレーコンタクト界面活性化回路。
5. 前記トランジスタは、前記リレーへの電圧印加が断たれると前記リレーでの電圧降下を検知し、
   前記トランジスタは、前記電圧降下を検知した後に前記リレーコイルに負荷を与えることを特徴とする請求項１記載のリレーコンタクト界面活性化回路。
6. 前記トランジスタは、前記可動コンタクトが前記固定コンタクトから分離する際に、前記アークを発生させる界面活性化電流を供給することを特徴とする請求項１記載のリレーコンタクト界面活性化回路。
7. 前記トランジスタは、0.5Ａ及び１Ａの間の電流で前記リレーコイルに負荷を与えることを特徴とする請求項１記載のリレーコンタクト界面活性化回路。
8. 前記トランジスタは、ベース、エミッタ及びコレクタを有し、
   前記ベースは前記リレーコイルに接続され、
   前記エミッタは前記可動コンタクトに接続され、
   前記コレクタは前記負荷を介して接地接続されることを特徴とする請求項１記載のリレーコンタクト界面活性化回路。
   

Images