JPH08503103A - 改良型電気機械式リレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ヘビーデューティな電気機械式リレーのスイッチ接点の溶着を防止する装置であって、このリレーのコイル（２）への電圧供給をモニタし低電圧エクスカーションを検出する使用に適合した手段（１５、１６、１７）を備えている。カウンタ（１４）が、リレー・コイル（２）への電圧供給における低電圧エクスカーションの数をカウントし、カウントされた低電圧エクスカーションの数が所定の数を超えた場合には、電子スイッチ（１２）が、リレーへの電圧供給を遮断する。

Description

【発明の詳細な説明】 改良型電気機械式リレー 本発明は、ヘビーデューティな電気機械式リレー（継電器）におけるスイッチ 接点の溶着（ｗｅｌｄｉｎｇ）を防止する装置に関する。本発明は、自動車への 応用で用いられるヘビーデューティなリレーにとって特別な意義があるが、これ は、その場合には、接点の溶着に対してよりよい機械的な抵抗を与え得るスイッ チ接点用の物質の使用が費用に関する考慮から排除されるからである。 多くの場合において、ヘビーデューティな電磁気的スイッチは、誘導性の大き な電流の負荷を遮断する際に融合してしまう傾向を有する平坦な銅製のスイッチ 接点を用いている。これを防止するために、スイッチ接触器（ｃｏｎｔａｃｔｏ ｒ）には、圧縮ファクタに対する高い負荷を有するリターン・スプリングが備え られていることが多い。このスプリングが、移動する接触器に十分な力を加え、 リレーが消勢された際に生じる可能性のあるすべての接点の融合を中断させる。 リレーのコイルが適切に設計されコイル電圧がその設計パラメータに近接してい れば、接触器は、破壊的な溶着を生じずにその寿命を全うする。しかし、自動車 への応用では、通常の条件下でもヘビーデューティなモータ（たとえば、スター タ・モータ）やライティング回路（たとえば、ハロゲン・ランプのコールド・レ ジスタンス）によって要求される大きな電流によって低電圧のエクスカーション が生じ得るので、コイル電圧をその設計パラメータに維持するのは困難である。 直流スタータ・モータへの大きな電流の供給を制御する電気機械式のリレーの場 合には、以下のような状況が典型的には生じる。 車両のバッテリーの両端の電位差は典型的には１２ボルトである設計されたコ イル電圧に近いが、バッテリー／モータ回路内の高い抵抗値の経路により、大き な電流が流れる瞬間には、コイルの両端の電位は、電磁気的スイッチのドロップ アウト・レベルよりも低い値まで減少する。その結果、スイッチ接点は破壊され る。しかし、スイッチ接点が破壊される瞬間に、大きな負荷電流は除去され、コ イルの両端の電位差はスイッチ接点が閉じられたレベルに戻る。このシーケンス が反復されて振動状況が生じ、スイッチ接点は比較的高い周波数で切り換えられ る。これは、「ドアベリング（ｄｏｏｒｂｅｌｌｉｎｇ）」又は「フィジング（ ｆｉｚｚｉｎｇ）」とも呼ばれる。もちろん、これが生じる場合には、深刻なア ーク及びプラズマ発生が、スイッチ接点の間のギャップで見られる。これによっ て急速にスイッチ接点の温度が上昇し、この状況が継続する場合には、以下の理 由の中の任意の１つによって、電気機械式リレーの故障が生じる。すなわち、 ｉ）スイッチ接点が溶着する。 ii）発生した高熱のためにプラスチック製の絶縁装置（ｉｎｓｕｌａｔｏｒ） が故障する。 iii）リターン及びスイッチ接点のスプリングが、発生した高熱のために劣化 する。 この条件を生じさせるバッテリー／モータ回路内の高い抵抗値の経路は、いく つかのファクタに起因する。たとえば、バッテリーの不十分な充電、低い又は汚 染された酸、硫酸塩処理（ｓｕｌｐｈａｔｉｏｎ）又は不正確な仕様などに起因 する、バッテリー内部の高インピーダンスである。それ以外にも、ワイアリング の不適切な設置や、不正確なワイア・サイズの適合や、端子の腐食などに起因す る場合もある。 本発明の目的は、上述の「ドアベリング」又は「フィジング」の問題を解消、 又は、少なくとも実質的に軽減することによって、スイッチ接点の溶着を防止す る、ヘビーデューティな電気機械式リレーと共に使用する装置を提供することで ある。 本発明によれば、ヘビーデューティな電気機械式リレーのスイッチ接点の溶着 を防止する装置であって、前記リレーのコイルへの電圧供給をモニタし低電圧エ クスカーションを検出する使用に適合した手段と、前記リレー・コイルへの前記 電圧供給における低電圧エクスカーションの数をカウントするカウンタと、カウ ントされた低電圧エクスカーションの前記数が所定の数を超えた場合には前記リ レーへの前記電圧供給を遮断するスイッチング手段と、を備えている装置が提供 される。 本発明の装置によれば、リレー・スイッチ接点が振動するのを許容される回数 は非常に低い数（カウンタによって予めセットされる数）に減少し、よって、「 ドアベリング」又は「フィジング」は最小化され、スイッチ接点の溶着は防止さ れる。 スイッチ手段は、便宜的に、ＭＯＳＦＥＴトランジスタなどの電子的なスイッ チの形態をとる。 好ましくは、リレー・コイルへの電圧供給の状態における低電圧エクスカーシ ョンをモニタ及び検出する前記手段は、過渡的な低電圧エクスカーションを無視 することができる。便宜的には、これは、適切な時定数を有するＲＣフィルタ・ ネットワークを使用することによって達成される。 本発明の装置は、リレーの端子ハウジング内に設置され、その加熱の検出に用 いるのに適した熱センサを更に有している。これにより、たとえば、端子がゆる くなったり腐食した場合に生じ得るスイッチ接点における高い抵抗値の故障条件 の検出が可能になる。 好ましくは、この装置は、バッテリー供給が予め設定したレベルよりも低い場 合には、リレーの動作を防止する手段を更に有している。 この装置は、また、故障条件を指示する指示器手段をも有している。 以下では、添付した図面に示されている回路図を参照して、本発明の実施例を 説明する。 図面の回路図には、ヘビーデューティな電気機械式リレー１が示されており、 このリレー１は、リレー・コイル２とスイッチ接点３とを含む。示されているよ うに、リレー１が、バッテリー（Ｖｂａｔ）から直流スタータ・モータ４への電 流の供給を制御する。 リレー１のスイッチ接点３のハウジングの内部には熱モニタ装置５があり、こ れはサーミスタの形態をとっているが、温度感知型の半導体でもかまわない。こ れは、以下で説明するようにハウジング内の温度を検出するのに用いられ、スイ ッチ接点３の過熱が生じた場合にはリレー・コイル２への電力を除去する。 サーミスタ５は、一端が基準電圧（Ｖｒｅｆ）に、他端は、接地されている抵 抗６に接続されている。このように、分圧器（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｄｉｖｉｄ ｅｒ）が、サーミスタ５と抵抗５との間の中間点に形成されている。サーミスタ ５の温度が上昇すると、その抵抗値は減少し（負の温度係数）、中間点（Ｖｔ） の電圧は増加する。この電圧は、中間点の電圧（Ｖｔ）を基準電圧（Ｖｒｅｆ１ ）と比較するアナログ・コンパレータ７によってモニタされる。この基準電圧の 値は（Ｖｒｅｆ１）は、サーミスタの温度が接点ハウジングの許容最高温度の値 にある場合に生じる中間点の電圧（Ｖｔ）に対応するように設定される。よって 、接点ハウジングが過熱条件に近づく場合には、コンパレータ７の出力は状態を 切り換える。 コンパレータ７の出力は、コンパレータ７の出力が切り換えられたときにハイ 論理レベルの出力を生じる３入力型ＯＲゲート８の３つの出力の中の１つによっ てモニタされる。このＯＲゲート８の出力は、コンデンサ９と抵抗１０とから成 るローパスＲＣフィルタ・ネットワークに印加される。これによって、自動車の 供給（ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｓｕｐｐｌｙ）によって生じ得るどのような過渡 的なノイズ信号も濾波される。このＲＣフィルタ・ネットワークの時定数よりも 長いパルス継続時間を有する任意の信号が、１０秒タイマ１１をトリガする。こ のタイマ１１がトリガされると、その出力は、ハイ論理からロー論理レベルに状 態を変化させる。タイマ１１の出力は、通常は、リレー・コイル２に電流を供給 するのに用いられるパワーＭＯＳＦＥＴトランジスタ１２にハイ論理レベルを与 えるのであるが、ケート電圧が除かれた場合にはタイマ１１のトリガによってこ の電流を除去する。タイマ１１はトリガされたままの状態に留まりながら、その トリガ入力はそのハイ論理レベルにある。 第２のコンパレータ１３は、リレー・コイル２の低電圧動作に対する保護を与 える。このコンパレータ１３は、（抵抗１４、１５、１６の分圧器列によって与 えられる）入力電圧の比を基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較することによって自動車の バッテリー源（Ｖｂａｔ）をモニタする。過渡サプレッサ（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ）１７が、自動車のバッテリー源によって生じる任意の 過渡的な高電圧からコンパレータ１３の入力を保護する。バッテリーの電圧がリ レー・コイル２の正常の動作には低すぎると考えられる値まで低下する場合には 、コンパレータの出力は、ロー・レベルからハイ・レベル状態に変化する。この 状況では、コンパレータ１３の出力は、３入力型ＯＲゲート８の第２の入力に印 加 し、高温のカットアウトに関して既に述べたようにタイマ１１を有する関連する 回路をトリガすることによって、リレー・コイル２への電力を除去する。 リレー１は自動車での応用のために意図されたものであるので、保護回路は、 直流スタータ・モータ４が最初にオンされたときに生じる不可避的で過渡的な低 電圧エクスカーションは無視しなければならない。抵抗１０とコンデンサ９とに よって与えられるローパスＲＣフィルタ・ネットワークは、この状況が生じた場 合（過渡電流のパルス長がフィルタの構成要素であるＲ及びＣの時定数よりも短 い）に、この保護回路が誤ってトリガすることを防止する。 深刻な接点腐食又は溶着を生じ得る延長された接点振動を防止するために、こ の条件を検出しリレー・コイル２への電力を除去する付加的な回路が含まれてい る。 ５段のジョンソン型カウンタ／ディバイダ（Ｊｏｈｎｓｏｎ ｃｏｕｎｔｅｒ ／ｄｉｖｉｄｅｒ）１４が、スイッチ接点３が開閉されるたびにクロックされる 。このクロック信号は、スイッチ接触器３の出力端子上の電圧を感知することに よって提供される。この信号は、抵抗１５と過渡サプレッサ１６とによって条件 を与えられてすべての高電圧スパイクを除去し、ジョンソン型カウンタ１４に適 切なクロック信号を印加する信号フィルタ１７によって更に濾波される。ジョン ソン型カウンタ１４は、通常は、恒久的にリセットされる。しかし、リレー・コ イル２がスイッチ３０を閉じることによって電力を与えられる場合には、リセッ ト信号が、抵抗１８と過渡サプレッサ１９と２入力型ＯＲゲート２０とを介して 、バッテリー（Ｖｂａｔ）からジョンソン型カウンタ１４に与えられる。したが って、リレー・コイル２が動作している間に、ジョンソン型カウンタ１４は、ス イッチ接点に間の接続を実際に破壊する大きさを有するスイッチ接点３の任意の 振動によって、クロックされる。接点が５回振動すると、ジョンソン型カウンタ １４の出力は、その論理状態を変化させ、３入力型ＯＲゲート８の第３の入力を トリガし、次に、ローパスＲＣフィルタ・ネットワーク９、１０を介して、タイ マ１１の入力をトリガする。よって、電力がリレー・コイル２から除去され、更 なる動作を１０秒の間だけ禁止する。スイッチ接点３は、１０秒の周期内に５回 の振動を安全に耐えることができ、よって、この回路は、スイッチ接点３が標準 的なス イッチ接点の場合のように負荷の下で不定に振動することが可能である場合に生 じる得る深刻な損傷を防止できるように、構成されている。 リレー・コイル２への電力が除去された場合には、ジョンソン型カウンタ１４ はリセットされる。 ２つのパワーアップ・リセット回路２１、２２が用いられて、１０秒タイマ１ １とジョンソン型カウンタ１４とを、電力が最初に回路に加えられた場合にその 通常の状態にセットアップする。 ダイオード２３と抵抗２４とが、電力が除去された際にリレー・コイル２の両 端に生じる負の高電圧スパイクを抑制する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ヘビーデューティな電気機械式リレーのスイッチ接点の溶着を防止する装 置において、前記リレーのコイルへの電圧供給をモニタし低電圧エクスカーショ ンを検出するのに用いられるのに適した手段と、前記リレーのコイルへの前記電 圧供給における低電圧エクスカーションの数をカウントするカウンタと、カウン トされた低電圧エクスカーションの前記数が所定の数を超えた場合には前記リレ ーへの前記電圧供給を遮断するスイッチング手段と、を備えていることを特徴と する装置。 ２．請求項１記載の装置において、前記スイッチング手段は、電子スイッチの 形態をとることを特徴とする装置。 ３．請求項２記載の装置において、前記電子スイッチは、ＭＯＳＦＥＴトラン ジスタを有することを特徴とする装置。 ４．請求項１及び請求項２又は請求項３記載の装置において、前記リレーのコ イルへの前記電圧供給の状態における低電圧エクスカーションをモニタし検出す る前記手段は、過渡的な低電圧エクスカーションを無視することを可能にする手 段を更に備えていることを特徴とする装置。 ５．請求項４記載の装置において、前記フィルタ手段は、適当な時定数を有す るＲＣフィルタ・ネットワークを備えていることを特徴とする装置。 ６．請求項１ないし請求項５記載の装置において、リレーの端子ハウジング内 に設置されその過熱の検出に用いるのに適した熱センサを更に備えていることを 特徴とする装置。