JPS6055936B2 - 電力リレ−回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に、電気的素子によつて閉状態に保つ
ことのできる電気的保持型電力リレー回路に関するもの
であり、特に、低消費電力型のものに関する。

電気的に保持されるリレーは、既知の大きさの閉電流
をリレーコイルに印加することによつて閉じる、被制御
回路の電磁接点を有している。

いつたんリレー接点が閉じると、その接点を閉状態に保
持するに必要なコイル電流は、普通、接点を閉じるのに
必要な閉電流の約４分の１で済む。従つて、閉成後にお
いても、もし電源回路からコイルヘ同じ閉電流が供給さ
れるならば、接点が閉じた後もコイルで無駄な電力が消
費されることになる。特に、宇宙航空機用等コンパクト
で且つ高信頼度が要求される回路を設計する場合には、
そのような無駄な電力消費は避けるのが望ましい。加え
て、電力は入力電圧とリレーコイル電流との積であるの
で、消費電力は、定常電圧以上のときに特に重大なもの
となる。 消費電力を減するため、従来においてはリレ
ーコイルや調整回路に改良が加えられている。

第１図は、リレー接点１４を閉じた後、その接点１４
を閉状態に保持するための動作電流を減するための節電
回路をリレーコイル１０に組み合わせた従来の代表的な
回路例を示している。この回路は、一般に、主リレーコ
イル１０、いわゆるテール（ｔａｉｌ）スイッチ１６、
及び電圧調整回路から成る直列回路を備えている。電子
スイッチ１８は、コイル１０を含む回路分枝への電流の
印加を制御するものてある。テイルスイツチ１６は、単
に、電磁的にオフに作動される一対の接点であり、この
機構は、プランジャ型ソレノイド等の機構が動作する過
程の後半において十分な閉電流が主コイル１０へ加えら
れた後、すでに閉じているテイルスイツチ１６が開くよ
うに、主コイル１０によつて駆動される。このとき、テ
イルスイツチ１６と並列に接続された抵抗Ｒが、主コイ
ル１０の回路に接続され、コイル１０に流れる電流を減
少させる。抵抗Ｒの代わりに、又は付加的に、定常状態
での消費電力を軽減させるように作用する保持コイルＬ
がテイルスイツチ１６の両端間に接続されている。この
ようなテイルスイツチ１６は、製造及び組立中に慎重に
調整しなければならず、また信頼性の点で固有のいくつ
かの欠点を有する付加的な機械的素子であるので、取り
除くことが望ましい。

本発明によれば、スイッチング電流調整器のチョークと
して電力リレーコイルのインダクタンスを利用した回路
が提供される。その調整回路には、リレーコイルの電流
を感知しそれをある基準値と比較し、必要な閉電流レベ
ルに達した時に電源電流をリレーコイルへもはや流さな
いようにするが、そのリレーコイル自身のインダクタン
スによつてその必要な保持電流が維持されるようにし、
しかも、リレー電流が保持電流の最小レベル近くまで減
少したときには、電源電流を短期間リレーコイルへ戻す
ようにする手段が設けられている。このような回路構成
は、高信頼性を維持するためトランジスタ又は固体スイ
ッチを含むのが好ましく、また、直流電流を除去したと
きコイル電流の減少をスピードアップしてリレーの開放
を高速化するための付加的なトランジスタ手段を含むの
が好ましい。

本発明による回路構成は、機械的テイルスイツチを除去
したことによつて信頼性を向上させることができ、且つ
、第１図の回路等の従来回路より定常状態の消費電力を
一桁以上軽減することができる。

以下、添附図面に沿つて本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第２図において、本発明によるリレー回路が示されてお
り、このリレー回路は、一般に、制御回路における接点
１４を閉じる機構と組み合わされたリレーコイル１０を
備えている。

このリレーコイル１０は、１対の直流入力電圧端子２０
と２１の間の直列回路中にある。リレーコイル１０は、
少なくとも第１の値の閉電流が加わることによつて制御
回路の接点１４を閉じるように作動し且つ閉じた後は、
第１の値より小さい、少なくとも第２の値の保持電流を
加えることによつてその接点”を閉じた状態に保持でき
るように作動し得る型のものである。リレーコイル１０
には、初期に必要な閉電流を作り出し且つその後、端子
２０及び２１の直流電源がしや断されるまて、リレーを
閉状態に保持するに十分低い電流レベルを維持するため
の調整回路３０が組み合わされている。オン−オフ制御
スイッチ１５は、リレーコイル回路の全動作を制御する
。調整回路３０は、一般に、コイル１０の電流を検知す
る手段を含んでいる。

この実施例では、その手段は、コイル電流を表わす電圧
を両端間に発生する抵抗Ｒ４である。この抵抗Ｒ４は、
その消費電力が最少となるように、例えば０．５Ωの小
さい値の抵抗である。検知されたコイル電流を所定の基
準値と比較する手段が設けられている。この手段は、線
路３１に発生する抵抗Ｒ４からの電圧を一方の入力とし
てする電圧比較器Ｚ１である。比較器Ｚ１は、また、他
方の入力に、スイッチング直列電圧調整器３２及び抵抗
分圧器３３を介して直流電源からの電圧を受ける。従つ
て、比較器Ｚ１の出力は、リレー１０を閉じた状態に維
持するのに必要な電流レベルに従つて設定されている基
準値に対する、所定時におけるコイル電流の関係を示し
ている。更に重要な構成素子として、コイル電流をオン
／オフする手段が設けられている。

すなわち、この種の手段は、接点１４が閉成されコイル
保持電流が十分な値である期間中、コイル１０に供給さ
れている電流を除去しコイルを側路するためのものであ
り、且つ、コイル電流が必要とする最小保持電流に近い
レベルに達するときに供給電流を回復させるためのもの
である。この実施例において所望のスイッチング機能を
果たすため接点間のリレーコイルの直列回路に第１及び
第２のトランジスタスイッチ手段３４及び３５が使用さ
れている。

トランジスタＱ１及びＱ２から成る第１のトランジスタ
手段３４は、リレーコイル１０が電源から電力を受けよ
うとするときオンになる。第２のトランジスタ手段３５
は、電源に関してリレーコイル１０の低電位側にあり、
リレーコイル１０の初期附勢に関連した機能を果たし、
また、コイル電流の減少を行ない、供給電流の除去時に
リレーの開放を行なうものである。入力電圧が最初に与
えられる時、すなわちスイッチ１５が閉成され電圧が端
子２０及び２１に印加されるとき、トランジスタＱ３及
びＱ４がオンとなる。

何故なら、その電圧は、ツェナーダイオードＣＲ５及び
抵抗Ｒ７を通してトランジスタＱ４に十分なベース電流
を流し、この正のベース電流によりＱ３及びＱ４のＮＰ
Ｎトランジスタ結合回路がオンになるからである。この
時、比較的低い電圧がＲ４の両端に発生し、比較器Ｚ１
の両人力間には大きな差が生じて初期的にトランジスタ
Ｑ５へベース駆動電流が与えられ、それからトランジス
タＱ１及びＱ２の結合回路が付勢され（すなわち駆動さ
れ）、電流が主リレーコイル１０へ供給されて接点１４
が閉じる。

すなわち、トランジスタＱ１及びＱ２が完全にオンで飽
和しているとき、直流電源からコイル１０へ電力が供給
される。分流抵抗Ｒ４の両端間の電圧が、ＲｌＯ，Ｒｌ
ｌ，Ｒｌ２及びＲｌ３から成る分圧回路３３によつて設
定された高基準レベルに達するとき、比較器Ｚ１は、ト
ランジスタＱ１及びＱ２へのベース駆動信号を除去し、
リレーコイル１０を直流電源から有効に切り離す。リレ
ーコイル１０は、今度は、トランジスタＱ３，Ｑ４及び
負の直流端子からリレーコイル１０の高電圧側へ接続さ
れたダイオードＣＲ２から成る低電圧回路への電流源と
して作用し始める。その低い転流電圧は、放電電流の変
化率を低く保つ。抵抗ＲｌＯによつてスイッチングヒス
テリシスが決定されるようになつている分圧器３３によ
つて設定される低基準レベルまでコイル電流が減少する
と電圧比較器Ｚ１はトランジスタＱｌ及びＱ２をオンに
切り換えて、そのサイクルを繰り返す。第３図は、この
回路に生ずるコイル電圧及び電流波形を示すもので、比
較的高い電圧がコイルの両端に発生（■コイル）し電流
が立ち上がるようにトランジスタＱ１及びＱ２がオンと
なる期帥，が示されている。中間の比較的長い期間ちに
おいては、コイル電流（Ｉコイル）は徐々に減少し、所
定の制御レベルＩＨに達すると、トランジスタＱ１及び
Ｑ２は再び付勢され電流が再び上昇する。構成素子Ｑ３
，Ｑ４，ＣＲ３及びこれらと組み合わされた抵抗Ｒ５及
びＲ６は、直流電圧が除去されると、急速に電流が降下
する。

すなわち、回路のどこかのオン／オフスイッチを開く等
して直流入力端子に電圧が印加されないようにすると、
トランジスタＱ３及びＱ４の飽和が解かれ、リレーコイ
ル１０の転流路はＣＲ３及びＣＲ２を介したものとなる
。こうして転流電圧が増大すると、電流の変化率が大き
くなり、その結果、引外し時間が速くなつて、リレーコ
イル接点１４がすばやく開かれる。素子Ｑ６，Ｑ７，Ｒ
ｌ４，Ｒｌ５，ＣＲ４及びＣ１から成るスイッチング直
列電圧調整器３２は、分圧回路３３及び比較器Ｚ１へ、
調整された電圧をパルス状に加えるように作動する。こ
のパルスに加えられる電圧により、トランジスタＱ６が
オンになると、コンデンサＣ１が抵抗Ｒｌ２を側路し、
比較器Ｚ１に対する高いレベルの電流基準値を成す。こ
の初期の高レベルにより、調整開始前にリレー閉電流を
得ることができる。コンデンサＣ１が充電されると、そ
の基準値は、定常状態の下で前述した電流基準値が得ら
れるように減少する。その回路時定数は、リレーの最大
閉時間を越えるように設定される。トランジスタＱ６及
びＱ７を含む電圧調整器３２は、一般には、こ）に引用
される１９７７年１０月４日にシユーイ（Ｓｈｕｅｙ）
に付与された米国特許第４０５２６６吋明細書に記載さ
れた技術によるものである。この米国特許明細書には、
所望の調整レベルに達するまではその出力をオフのま）
にするゲート手段を有する電圧調整回路が記載されてい
る。スイッチング直列電圧調整器３２は、構成素子の数
を最少とするため米国特許第４０５２６（１）号に示さ
れた特定の実施例とは異なつている。調整器３２は、ト
ランジスタＱ６における消費電力が低いので、端子２０
とトランジスタＱ６のコレクタとの間に抵抗を接続する
必要がない。上記米国特許の実施例では、対応するトラ
ンジスタにおける電力を減少させるために抵抗が使用さ
れている。しかしながら、？合によつては、回路性能の
連続性をより良くするため前記米国特許明細書に示され
たような調整？を使用するのが好ましい。更に一例とし
て、次の表は、第２図の回路に適当に使用される具体的
な構成素子を示している。

この場合の装置は、直流電源電圧が端子２０と２１の間
が２８Ｖで、必要なリレー閉電流が直流仏であり、必要
なリレー保持電流が直流０．６Ａであるようなものが考
えられている。動作時に、このような回路は、約０．３
６ミリ秒のオン時間（第３図のＴｉ）を示し、約６．７
ミリ秒の転流時間（第３図のＴ２）を示し、約１．７２
Ｗの連続電力消費を示す。抵抗Ｒｌ４４３×１０３Ω，
１１２Ｗ抵抗Ｒｌ５ｌ３×１０３Ω，１１２Ｗ 抵抗Ｒ４Ｏ．５Ω，１Ｗ こうして、本発明によれば、保持電流を維持するための
エネルギー蓄積素子として電気的保持電力リレーのコイ
ルを利用し従来のものに比較して一桁以上定常状態電力
消費を軽減した電流調整器を提供することができる。

更に、本発明による固体回路によれば、機械的テイルス
イツチを使用する必要がなく、また、リレー製造中にそ
れらスイッチを調整する必要もなくなる。また、本発明
では、第３図に示すようなコイル動作を得るためリレー
コイルの電流値を電磁接点を閉じる場合とその閉成状態
を維持する場合の比較対象を設定し、これに応じてリレ
ーコイル電流を制御しているため安定した正確且つ迅速
な制御が可能であると共に、第２のトランジスタ手段Ｑ
３，Ｑ４のオフによる過電圧で定電圧素子としてのＣＲ
３が導通してエネルギー消費しており、定電圧作用を用
いて安定な動作が得られる効果がある。図示の例は、本
発明の単なる実施例であつて、こ）に説明した原理に従
つて本発明の種々の変形態様がなされ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の節電回路を有した電力リレーの回路図、
第２図は本発明の一実施例による電力リレーの回路図、
第３図は本発明による回路動作を説明するための電圧及
び電流特性を示す図である。 １０・・・・・・リレーコイル、１４・・・・・・接点
、２０，２１・・・・・・直流入力電圧端子、３０・・
・・・・調整回路、Ｒ４・・・・・・抵抗、Ｚ１・・・
・・・電圧比較器、３４，３５・・・・・・トランジス
タ手段、Ｑｌ，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４・・・・・・トランジ
スタ、３２・・・・・・スイッチング直列電圧調整器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一対の直流入力電圧端子間に接続された電力リレー
   回路であつて、第１のトランジスタ手段と、被制御回路
   の電磁接点を開閉するリレーコイルと、抵抗器と、上記
   直流入力電圧が在るときのみオンする第２のトランジス
   タ手段と、が直列接続されており、更に、上記抵抗器に
   流れる上記リレーコイルの電流値が上記電磁接点を閉じ
   るのに必要な高基準値を越えたとき及び上記電磁接点の
   閉成を保持できる低基準値より下がつたとき上記第１の
   トランジスタ手段をそれぞれ繰り返しオフ及びオンにす
   る手段と、上記第１のトランジスタ手段がオフのとき上
   記リレーコイルに蓄積された電気エネルギーを上記抵抗
   器及び上記第２のトランジスタ手段を介して流し上記リ
   レーコイルの保持電流を維持する手段と、上記直流入力
   電圧が無いとき上記リレーコイルに蓄積された電気エネ
   ルギーを上記抵抗器を介して流す定電圧手段と、を備え
   たことを特徴とする電力リレー回路。