JP2002184284A - 電磁リレーのコイル駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 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直すよう構成してい
る。

Description

【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，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】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電磁リレーの電磁コイルに電
圧を印加してリレーを動作させた後，適当な時間後にイ
ンピーダンスが上昇する電流制限手段を電磁コイルに直
列に挿入した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。

【０００８】また，請求項２は，接点と該接点を開閉す
る電磁コイルを備えた電磁リレーと，該リレーの電磁コ
イルに電圧を供給するための電圧発生手段からなり，該
電圧発生手段は，リレーを動作させた後，適当な時間後
にリレーの復帰電圧以上であり且つ動作電圧以下に発生
電圧を変化させる手段を含む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。

【０００９】請求項３は，接点と該接点を開閉する電磁
コイルを備えた電磁リレーと，該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，電磁リレーの開
閉を指示する手段からなり，電磁リレーの開閉指示手段
は，リレーが動作する指令を電圧発生手段に発生すると
ともに，適当な時間後にリレーの復帰電圧以上であり且
つ動作電圧以下に発生電圧を変化させる指令を電圧発生
手段に送り，該指令に基づき電圧発生手段は発生電圧を
変化す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。

【００１０】請求項４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は本件第一の発明の第一
実施例であるコイル駆動回路を表した図である。図２は
第一の発明の第二実施例であるコイル駆動回路を表した
図である。図３は第二の発明のコイル駆動回路を表した
図である。図４は第三の発明のコイル駆動回路を表した
図である。図５は第四の発明のコイル駆動回路を表した
図である。

【００１２】図１に示した第一の発明の第一実施例の説
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Ｃ１４
１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に示した第一の発明の第二実施例
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、Ｒ２４
３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Ｔｒ
２４１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２
１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に示した第二の発明のコイル駆動
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、Ｒ
３３４、コンデンサＣ３３１、トランジスタのＴｒ３３
１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ａ
ｃ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、Ｔｒ
３３１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に示した第三の発明のコイル駆動
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、４０
ｄ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、Ｔｒ４
１１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、ａ
ｃ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は第四の発明の実施例で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、５１１
３，５１２３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Ｃ５
２１１、Ｃ５２２１、トランジスタのTｒ５２１１、Tｒ
５２２１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。

【００３４】そのとき直流電圧は各々の電磁コイル５１
２２、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。

【００３５】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５
１１２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。

【００３６】請求項１、請求項２、請求項４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。

【００３７】また、請求項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。

【００３８】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。

【００３９】

【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】第一の発明の第一実施例であるコイル駆動回路
を表した図

【図２】第一の発明の第二実施例であるコイル駆動回路
を表した図

【図３】第二の発明のコイル駆動回路を表した図

【図４】第三の発明のコイル駆動回路を表した図

【図５】第四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、Ｒ ３３４、Ｒ４１１、Ｒ４１２、Ｒ４１３、Ｒ５２１１、
Ｒ５２２１ 抵抗 Ｃ１４１、Ｃ２４１、Ｃ３３１、Ｃ５２１１、Ｃ５２２
１ コンデンサ Tｒ２４１、Tｒ３３１、Tｒ４１１、Tｒ４１２、Tｒ５
２１１、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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】接点と該接点を開閉する電磁コイルを備え
   た電磁リレーの電磁コイルに電圧を印加してリレーを動
   作させた後，適当な時間後にインピーダンスが上昇する
   電流制限手段を電磁コイルに直列に挿入したことを特徴
   とする電磁リレーのコイル駆動回路。
2. 【請求項２】接点と該接点を開閉する電磁コイルを備え
   た電磁リレーと，該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からなり，該電圧発生手段は，リ
   レーを動作させた後，適当な時間後にリレーの復帰電圧
   以上であり且つ動作電圧以下に発生電圧を変化させる手
   段を含むことを特徴とする電磁リレーのコイル駆動回
   路。
3. 【請求項３】接点と該接点を開閉する電磁コイルを備え
   た電磁リレーと，該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，電磁リレーの開閉を指示する
   手段からなり，電磁リレーの開閉指示手段は，リレーが
   動作する指令を電圧発生手段に発生するとともに，適当
   な時間後にリレーの復帰電圧以上であり且つ動作電圧以
   下に発生電圧を変化させる指令を電圧発生手段に送り，
   該指令に基づき電圧発生手段は発生電圧を変化すること
   を特徴とする電磁リレーのコイル駆動回路。
4. 【請求項４】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。