(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接点と該接点を開閉する電磁コイルを備えた２個の電磁リレーと，該２個の電磁リレーの電磁コイルに電圧を供給するための電圧発生手段と，前記２個の電磁リレーの電磁コイルと電圧発生手段の接続変更手段からなり，該接続変更手段はリレー動作開始時に２個の電磁コイルを電圧発生手段の出力端に対して並列に接続し，適当な時間後に直列に接続しなおすものであることを特徴とする電磁リレーのコイル駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，接点と電磁コイルからなる電磁リレー（以下リレーと言う）のコイルの電圧駆動回路に関し，リレーコイルの電力消費量と温度上昇抑制方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のリレーの仕様は主として接点が開閉できる定格電圧や電流および極数によって定まり，該仕様を達成するために必要な接点開閉駆動力を発生する電磁コイルの定格が定まる。電磁コイルの定格は，コイルの定格電圧としてリレーメーカーから指定される。
【０００３】
このようなリレーは，機器組み込み用として電気回路のＯＮ・ＯＦＦ制御用に非常にたくさん用いられているが，近年機器が小型化して，機器内ではリレーやその他の電子部品の配置密集度が上がり，機器内のリレーやその他の電子部品の温度上昇が問題となっている。すなわち，リレーやその他の電子部品には使用可能温度の上限が定められているが，部品の密集度が上がると，密集度が低い場合に比べ機器内の消費電力による発熱により各部品の温度が高くなり，使用部品には使用温度上限の高い高価な部品を使用しなければならなくなる。
【０００４】
リレーの消費電力量は，そのほとんどが先に述べた電磁コイルにより発生しており，またリレーの温度上昇の要因中，電磁コイルの発熱による影響が大きい。特に機器内にリレーをたくさん密集して使用する場合，温度への影響は顕著である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような問題に鑑み，本件の発明は，２つの電磁リレーを同時にＯＮ，ＯＦＦ制御する場合に，リレー接点の通電や開閉性能には影響することなく電磁コイルの消費電力量を抑制し，リレーを用いた機器内の温度上昇を抑制することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため，本件の発明は、リレーの電磁コイルの吸引時に必要な第一のエネルギーと吸引後に状態を維持するための第二のエネルギーに差があることを利用しており、リレーのカタログではリレーコイルの動作電圧と復帰電圧という特性に関係する。すなわち一般のリレーでは，ある値以上の電圧をコイルに印加するとリレーが動作し，その電圧を動作電圧という。また，一旦動作したリレーのコイル電圧をある値以下にするとリレーが動作する前の状態に復帰し，その電圧を復帰電圧という。一般的に動作電圧は，定格電圧の８０％程度以下であり，復帰電圧は定格電圧の１０〜３０％以上である。したがって，リレーを動作させるには，動作電圧以上（定格電圧の８０％程度以上）が必要であるが，リレーの動作を維持するには復帰電圧以上（定格電圧の１０〜３０％程度以上）の電圧があればよく，リレーコイルに常に同一の定格コイル電圧を印加した場合，動作維持中は無駄な電力を消費させていることとなる。本件発明は，リレー動作中のコイル消費電力を抑えて、リレーコイルの発熱による温度上昇を抑制するものである。
【０００７】
削除
【０００８】
削除
【０００９】
削除
【００１０】
そのため，請求項１は，接点と該接点を開閉する電磁コイルを備えた２個の電磁リレーと，該２個の電磁リレーの電磁コイルに電圧を供給するための電圧発生手段と，前記２個の電磁リレーの電磁コイルと電圧発生手段の接続変更手段からなり，該接続変更手段はリレー動作開始時に２個の電磁コイルを電圧発生手段の出力端に対して並列に接続し，適当な時間後に直列に接続しなおすものであることを特徴とする電磁リレーのコイル駆動回路を提供したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の実施例について、図面を用いて以下に説明する。図１は第一の例であるコイル駆動回路を表した図である。図２は第二の例であるコイル駆動回路を表した図である。図３は第三の例であるコイル駆動回路を表した図である。図４は第四の例である発明のコイル駆動回路を表した図である。図５は第一の発明のコイル駆動回路を表した図である。
【００１２】
図１に示した第一の例の説明図において１１は電磁リレー、１２は電磁リレーを駆動させる電磁コイル、１３は接点、１４は電流制限手段、Ｒ１４１は抵抗、Ｃ１４１はコンデンサである。
【００１３】
本実施例では電磁リレー１１と電流制限手段１４とを直列に接続することで、電磁リレー１１に流れる電流を電流制限手段１４で制御している。電流制限手段１４にはコンデンサＣ１４１と抵抗Ｒ１４１とを並列に接続した回路を用いており、図１の回路に直流電源電圧を印加すると、コンデンサＣ１４１は充電をし始め、電流制限手段１４に電流が流れ始める。
【００１４】
このときの電流制限手段１４のインピーダンスは低く、電磁コイル１２に電源電圧の大部分が印加され、電磁リレー１１は吸引される。次に、コンデンサＣ１４１の充電が完了した場合には、コンデンサＣ１４１には電流が流れず、電流制限手段１４のインピーダンスはＲ１４１の値となって電磁コイル１２には、電源電圧をＲ１４１と電磁コイル１２のインピーダンスで分布した電圧が印加される。
【００１５】
このとき電磁リレー１１に印加される電圧は電磁リレー１１の復帰電圧以上になるようにＲ１４１の抵抗値の設定を行い、リレーのＯＮ状態を保持できるようにする。また、抵抗とコンデンサによる回路の時定数を適切に定めて電磁リレーの吸引駆動が確実に行えるようにしてある。
【００１６】
このように電流制限手段は電磁コイル駆動時には動作電圧以上の電圧を印加して電磁リレーを動作させ、駆動後は復帰電圧以上の電圧に印加するという制御を行う。
【００１７】
次に図２に示した第二の例について説明する。図２において、２１は電磁リレー、２２は電磁リレーを駆動させる電磁コイル、２３は接点、２４は電流制限手段、Ｒ２４１、Ｒ２４２、Ｒ２４３は抵抗、Ｃ２４１はコンデンサ、Tr２４１はトランジスタである。
【００１８】
本実施例では電磁リレー２１と電流制限手段２４とを直列に接続することで、電磁リレー２１に流れる電流を電流制限手段２４で制御している。電流制限手段２４はトランジスタとコンデンサと抵抗を組み合わせてコンデンサの充電状態に応じてトランジスタのコレクタＣとエミッタＥ間をＯＮ、ＯＦＦ制御する構成となっている。
【００１９】
図２の駆動回路に直流電圧を印加した場合、コンデンサＣ２４１の充電電流でトランジスタＴｒ２４１のコレクタＣとエミッタＥ間がＯＮし電磁コイル２２に電源電圧の大部分が印加されて、電磁リレー２１が吸引駆動される。
【００２０】
コンデンサＣ２４１の充電が完了した場合には、コンデンサＣ２４１には電流が流れなくなりトランジスタ２４１のコレクタＣ間とエミッタＥ間はＯＦＦ状態となり結果、電流制限手段２４のインピーダンスはＲ２４３と等しくなる。
【００２１】
電磁コイル２２の供給電圧は、電源電圧をＲ２４３と電磁コイル２２で分圧された電圧となる。このとき電磁コイル２２に印加される電圧は電磁リレー２１の復帰電圧以上になるようにＲ２４３の設定を行う。また、抵抗とコンデンサによる回路の時定数を適切に定めて電磁リレーの駆動後にトランジスタがカットオフするようにする。
【００２２】
このように電源制限手段２４は電磁リレー駆動時にはリレー動作電圧以上の電圧を印加することにより電磁リレーを駆動し、駆動後は復帰電圧程度の電圧を印加するという電流制御を行う。以上の第一の発明及び第二の発明によれば、電源リレーの動作保持中は、電流制限手段により消費電流を低くできるので、それだけ消費電力が少なくてすみ、発熱量も低減できる。
【００２３】
次に図３に示した第三の例であるコイル駆動回路を表した図において、３１は電磁リレー、３１２は電磁コイル、３１３は接点、３２は電圧発生手段であり、３３は発生電圧変化手段、３３ｄは発生電圧制御部である。３３の電圧発生手段には基準電位点ｂの電位によりａ、ｃ間の発生電圧を変化させるスイッチング電源を用い、３３ｄの発生電圧制御部には抵抗Ｒ３３３、Ｒ３３４、コンデンサＣ３３１、トランジスタのＴｒ３３１を組み合わせて、コンデンサＣ３３１の充電状態に応じてトランジスタＴｒ３３１のベースＢに電圧を印加し、トランジスタのコレクタＣ、エミッタＥ間をスイッチング動作させる構成となっている。発生電圧変化手段３３はｃ点に対するｂ点の電位を常に一定になるようａｃ間の電圧を変化させる。
【００２４】
したがって、電圧発生手段３２は、次のように動作する。図３に示す回路に直流電圧を印加した場合、電圧印加直後は、Ｃ３３１を通じて、Ｔｒ３３１のベースＢに電流が流れ、Ｔｒ３３１のコレクタＣとエミッタＥ間がＯＮして、Ｒ３３２とＲ３３３が並列に接続されてａｃ間に対するｂｃ間の抵抗の分圧比が低い状態となる。
【００２５】
したがって、発生電圧変化手段３３はｂｃ間の電圧が前記一定値となるよう、ａｃ間の電圧を制御する。
【００２６】
次に、Ｃ３３１の充電が終了すると、Ｔｒ３３１のベースＢに電流が流れなくなり、Ｔｒ３３１のコレクタＣ、エミッタＥ間がＯＦＦされると、ｂｃ間の抵抗はＲ３３２のみとなり、ａｃ間に対するｂｃ間の分圧比が高い状態となる。
【００２７】
したがって発生電圧変化手段３３は、ｂｃ間の電圧が前期一定値となるよう、ａｃ間の電圧は、先の状態から低い電圧となるよう制御する。
【００２８】
したがって、Ｔｒ３３１がＯＮのときの電圧を電磁コイル３１２の動作電圧。Ｔｒ３３１がＯＦＦの時の電圧を保持電圧程度とすれば、電磁コイル３１２は当初高い電圧で、吸引動作し、次に、より低い電圧で吸引保持できる。
【００２９】
なお、Ｃ３３１の充電時定数は、電磁コイル３１２が吸引動作が十分に行われる時間程度に設定する。図１と図２の例では、電磁コイルが保持状態にある間は、抵抗Ｒ１４４もしくはＲ２４３も電力消費し、発熱しているが、図３の例では、発生電圧変化手段３３にスイッチング電源などの効率の高いＤＣ−ＤＣコンバータなどが使用できて、Ｒ１４４やＲ２４３などの余分な発熱部を持たないので、全体としての発熱量を更に抑えることができる。
【００３０】
次に図４に示した第四の例であるコイル駆動回路を表した図において、４１は電磁リレー、４２は電磁リレーを駆動させる電磁コイル、４３は接点、４４は電圧発生手段、４５は電磁リレーの開閉指示手段、４０ｄは発生電圧変化手段である。４４の電圧発生手段にはスイッチング電源を用い、４５の電磁リレーの開閉指示手段にはマイコンを用いている。４０ｄの発生電圧変化手段には抵抗Ｒ４１１、Ｒ４１２、Ｒ４１３、トランジスタTｒ４１１、Tｒ４１２を組み合わせて、電磁リレーの開閉指示手段４５からTｒ４１１、Tｒ４１２のコレクタＣ、エミッタＥ間のＯＮ、ＯＦＦをスイッチング動作させる構成となっている。Ｔｒ４１２のコレクタＣ、エミッタＥ間のＯＮ、ＯＦＦ動作による、ａ、ｃ間の電圧変化については図３の説明と同一である。４５は電磁リレーの開閉指示手段で、電磁リレー４１のＯＮ、ＯＦＦを制御するものであり、Ｔｒ４１１のベースＢに信号を出力してコレクタＣ、エミッタＥ間をＯＮ、ＯＦＦし電磁コイル４２への通電を制御している。
【００３１】
電磁リレーの開閉指示手段４５は、Ｔｒ４１１にＯＮ動作指示信号を発生すると同時にＴｒ４１２も適当な一定時間ＯＮ信号を発生し、その後、ＯＦＦするものである。したがって、電磁リレーの開閉指示手段の出力により電磁コイル４２を吸引させたときには、ａｃ間の電圧は高く、その後一定時間後に、ａｃ間の電圧を低く制御できるから、ａｃ間の電圧設定を電磁コイル４２の吸引時は動作電圧以上とし、吸引後は保持電圧以上とすることで、電磁コイルの消費電力と発熱を抑えることができる。４５の電磁リレーの開閉指示手段はマイコン装置や簡単な電子回路等で構成されている。
【００３２】
図５は第一の発明の実施例で２つの電磁リレーを同時にＯＮ、ＯＦＦ制御する場合の例である。図５において、５１１、５１２は電磁リレー、５１１２、５１２２は電磁リレーを駆動させる電磁コイル、５１１３，５１２３は接点、５２１，５２２は接続変更手段、Ｄ５１はダイオードである。５２１，５２２の接続変更手段には抵抗Ｒ５２１１、Ｒ５２２１、コンデンサＣ５２１１、Ｃ５２２１、トランジスタのTｒ５２１１、Tｒ５２２１を組み合わせて、スイッチング動作させる構成となっている。
【００３３】
図５の回路に直流電流電圧を印加した場合、接続変更手段５２１、５２２に設けられたコンデンサＣ５２１１、Ｃ５２２１に充電が始まる。これにより、Tｒ５２１１、Tｒ５２２１のベースＢに電流が流れ、Tｒ５２１１、Tｒ５２２１がＯＮする。
【００３３】
そのとき直流電圧は各々の電磁コイル５１２２、５１１２にそのまま印加される。このとき印加される電圧を電磁リレーの動作電圧以上に設定しておけば電磁リレーが吸引駆動する。
【００３４】
次に、コンデンサＣ５２１１、Ｃ５２２１の充電が完了すると、各トランジスタのベースへの電流入力がなくなるから、各トランジスタのコレクタＣ、エミッタＥ間はＯＦＦ状態となる。このとき電磁コイル５１１２と５１２２はダイオードＤ５１を介して、直列に接続された状態、すなわち印加された直流電圧を電磁コイル５１１２と５１２２で分圧された形となり分圧された電圧が復帰電圧以上となっていれば電磁リレーの接点５１１３、５１２３をオン位置の状態で保持できる。したがって保持状態での電磁コイルの印加電圧を低くして消費電力と発熱を抑制する。
【００３５】
請求項１では抵抗、コンデンサ、トランジスタ回路などを用いて電圧変化回路を構成し、電磁リレーの駆動時間に合わせて充電の際の時定数を適切に設定しているために、電磁リレーへの電圧変化を行うための別部品をほとんど必要とせず、経済的な回路を提供することができる。
【００３６】
また、例３では、電圧変化回路のトランジスタのベースへマイコンなどから直接制御できるので、部品点数を少なくでき、任意のタイミングでリレーを駆動させる場合に適用可能である。
【００３７】
以上のように電磁コイルへの印加電圧を最初は高くして電磁コイルを動作させ、次に電磁コイルが保持できる程度に低くすることによりリレーの動作を損なうことなく電磁コイルの消費電力を抑えることが可能となり、その結果電磁リレーに設けられた電磁コイルの発熱を少なくすることができる。従って機器内にリレーと共に用いる電子部品の温度上昇を抑えることが可能となり、使用部品に使用温度上限の高い高価な部品を使用する必要がなくなる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、リレー接点の通電や開閉性能には影響することなく電磁コイルの消費電力量を抑制し，リレーを用いた機器内の温度上昇を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の例であるコイル駆動回路を表した図
【図２】第二の例であるコイル駆動回路を表した図
【図３】第三の例である発明のコイル駆動回路を表した図
【図４】第四の例であるコイル駆動回路を表した図
【図５】第一の発明のコイル駆動回路を表した図
【符号の説明】
１１、２１、３１、４１、５１１、５１２  電磁リレー
１２、２２、４２、５１１２、５１２２  電磁コイル
１３、２３、４３、５１１３，５１２３  接点
１４，２４  電流制限手段
Ｒ１４１、Ｒ２４１、Ｒ２４２、Ｒ２４３、Ｒ３３１、Ｒ３３２、Ｒ３３３、Ｒ３３４、Ｒ４１１、Ｒ４１２、Ｒ４１３、Ｒ５２１１、Ｒ５２２１  抵抗
Ｃ１４１、Ｃ２４１、Ｃ３３１、Ｃ５２１１、Ｃ５２２１  コンデンサ
Tｒ２４１、Tｒ３３１、Tｒ４１１、Tｒ４１２、Tｒ５２１１、Tｒ５２２１  トランジスタ
３２、４４、５３  電圧発生手段
３３、４０ｄ  発生電圧変化手段
３３ｄ  トランジスタ駆動回路部
４５  電磁リレーの開閉指示手段
５２１，５２２  接続変更手段
Ｄ５１  ダイオード
【図１】
0004494622.tif 000002
【図２】
0004494622.tif 000003
【図３】
0004494622.tif 000004
【図４】
0004494622.tif 000005
【図５】
0004494622.tif 000006