JP2011210385A - リレー制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁リレー内のリレー接点に生じた結露に起因する氷粒によって、当該電磁リレーが導通不良となることを未然に防止することが出来るリレー制御装置を提供する。
【解決手段】リレー制御装置１００ａにおいて、制御部１１に車両を駆動するための駆動信号が入力された場合に、連続した直流電圧を駆動電圧として電磁コイル２３に印加する。制御部１１に車両の駆動を停止するための停止信号が入力された後は、ＰＷＭ制御されたパルス電圧を駆動電圧として電磁コイル２３に印加する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁リレーを制御するリレー制御装置に関し、特に、接点部の氷結を防止するための技術に関するものである。

従来、電気負荷に対する給電と遮断とを切り替えるためのスイッチング装置の一つとして、電磁リレーが知られている。また、後掲の特許文献１〜４には、種々の電磁リレーが記載されている。尚、以下においては、電気負荷を単に「負荷」と記載する。

電磁リレーの一例を図８および図９に図示する。この電磁リレーは、車両の制御装置に用いられる車載用リレーである。

図８，図９において、電磁リレー６１は、基板７１に実装されている。基板７１は、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）である。電磁リレー６１が実装された基板７１は金属製のケース８１に取り付けられる。

また、電磁リレー６１は、接点端子６２，６３と、電磁コイル６４と、筐体６５とを備えている。

接点端子６２は、導電性の金属部材から成る。この接点端子６２は、筐体６５を貫通して設けられており、一方（筐体内部側）の端部には、可動接点６２ａが形成されている。また、接点端子６２の他方（筐体外部側）の端部には、表面実装端子６２ｂが形成されている。

可動接点６２ａは、負荷に対する給電と遮断とを切り替える際に動作する。表面実装端子６２ｂは、基板７１面上に形成されたランドＬ１に半田付けされる。ランドＬ１は、例えば、銅箔から成る。

接点端子６３は、導電性の金属部材から成る。この接点端子６３は、筐体６５を貫通して設けられており、一方（筐体内部側）の端部には、固定接点６３ａが形成されている。また、接点端子６３の他方の端部（筐体外部側）には、表面実装端子６３ｂが形成されている。

固定接点６３ａは、可動接点６２ａと対向して設けられている。表面実装端子６３ｂは、基板７１面上に形成されたランドＬ２に半田付けされる。ランドＬ２は、例えば、銅箔から成る。

電磁コイル６４には、不図示のコイル端子や基板７１等を介して、不図示の電源装置から電流が供給される。このため、電磁コイル６４は、通電時には励磁され、非通電時には励磁されない。

筐体６５は、例えば、熱伝導率の低いプラスチック材料等を箱型に成型したものである。

以上のような構成の電磁リレー６１では、電磁コイル６４への非通電時において、可動接点６２ａは、固定接点６３ａから離間している（図８参照）。よって、図８の状態では、負荷に対する給電が行われない。

また、電磁コイル６４への通電時には、電磁コイル６４の磁気吸引力に基づいて、可動接点６２ａが固定接点６３ａに接触する（図９参照）。よって、図９の状態では、接点６２ａ，６３ａを介して負荷に対する給電が行われる。

図１０は、上述した電磁リレー６１の動作および温度変化を示すタイミングチャートである。

時刻ｔ０において、電磁コイル６４（図８）に印加されている駆動電圧は、０〔Ｖ〕である。この状態では、電磁コイル６４に通電されていないため、電磁コイル６４は発熱しない。また、可動接点６２ａは固定接点６３ａに接触しておらず、両接点６２ａ，６３ａ間に電流が流れないので、接点部分も発熱しない。

この時、電磁リレー６１の筐体６５内部の温度は、Ｔｅであり（破線Ｒ２参照）、接点６２ａ，６３ａの温度は、略Ｔｅである（実線Ｃ２参照）。

さらに、可動接点６２ａと固定接点６３ａが接触していないため、負荷に対する給電は行われていない（給電オフ状態）。

時刻ｔ１１で車両を駆動するための操作が行われると、図示しない制御部から、電磁リレー６１を動作させるための制御信号が出力され、当該制御信号に基づいて、電磁コイル６４に印加される駆動電圧は、Ｘ３〔Ｖ〕となる。このため、電磁コイル６４に通電が行われて、電磁コイル６４が発熱を開始する。

時刻ｔ１１の時点から、筐体６５内部の温度Ｒ２は、通電状態の電磁コイル６４で発生するジュール熱の影響を受けて、Ｔｅから次第に上昇していく。同様に、接点端子６２，６３の温度Ｃ２も、通電状態の電磁コイル６４で発生するジュール熱の影響を受けて、略Ｔｅから次第に上昇していく。

また、時刻ｔ１１では、電磁コイル６４の励磁により、可動接点６２ａが固定接点６３ａに向かって移動を開始する。しかし、可動接点６２ａが固定接点６３ａに接触するまでには、移動時間が必要なため、ｔ１１の時点では、可動接点６２ａはまだ固定接点６３ａに接触しない。したがって、接点部分は発熱しない。また、負荷に対する給電も行われない。

時刻ｔ１１から所定時間が経過した時刻ｔ１２になると、可動接点６２ａが固定接点６３ａと接触する（図９）。このため、接点６２ａ，６３ａを介して、負荷に対する給電が行われる（給電オン状態）。また、接点６２ａ，６３ａ間に電流が流れて、接点部分にも発熱が生じる。但し、接点６２ａ，６３ａにおける発熱量は、コイル６４の発熱量に比べて小さい。

時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までは、時間の経過ととともに、筐体６５内部の温度と接点６２ａ，６３ａの温度は、それぞれ破線Ｒ２、実線Ｃ２のように上昇してゆく。接点の温度Ｃ２が筐体内部の温度Ｒ２を上回っているのは、接点自体での発熱が影響しているためである。

時刻ｔ１３で車両の駆動を停止するための操作が行われると、制御部から、電磁リレー６１の動作を停止させるための制御信号が出力され、当該制御信号に基づいて、電磁コイル６４に印加される駆動電圧は、０〔Ｖ〕となる。

この時、筐体６５内部の温度Ｒ２は、時刻ｔ０の時の温度であるＴｅから上昇して、Ｔｆとなっている。また、接点６２ａ，６３ａの温度Ｃ２も、時刻ｔ０の時の温度である略Ｔｅから上昇して、Ｔｇとなっている。

また、電磁コイル６４に印加される駆動電圧が０〔Ｖ〕になると、当該電磁コイル６４に磁界が生じなくなるため、可動接点６２ａと固定接点６３ａは、再び離間する（図８参照）。このため、負荷に対する給電状態がオン状態からオフ状態に切り替わる。

時刻ｔ１３以降では、電磁コイル６４は非通電状態であるため、電磁コイル６４にジュール熱が発生しなくなる。また、可動接点６２ａと固定接点６３ａにも電流が流れないので、接点部分にもジュール熱が発生しなくなる。このため、筐体６５内部の温度Ｒ２は、時刻ｔ１３の時の温度であるＴｆから下降していく。同様に、接点６２ａ，６３ａの温度Ｃ２も、時刻ｔ１３の時の温度であるＴｇから下降していく。

特開２００６−１７２８７３号公報 特開２００７−１６５４０６号公報 特開２００７−２７６５５２号公報 特開２００９−２８９６７１号公報

ここで、筐体６５は、密閉された構造であるため、筐体６５内部の温度は、外気温の影響を受けづらい。しかしながら、接点端子６２，６３は、筐体６５の外部に露出しているため（図８，図９参照）、外気温の影響を受けやすい。

具体的には、筐体６５内部は、外気に曝されておらず、また、筐体６５自体も、熱伝導率の低い材料から構成されている。このため、電磁リレー６１が、例えば、寒冷地等の極低温の環境下で使用される車両等に搭載された場合でも、筐体６５内部の温度は、時刻ｔ１３の時の温度であるＴｆから、図１０の破線Ｒ２で示されるような曲線を描いて、緩やかに下降する。

しかしながら、接点端子６２，６３における筐体６５から外部に露出している部分は、外気に曝されており、これに加えて、表面実装端子６２ｂ，６３ｂに直接接しているランドＬ１，Ｌ２や、基板７１を介して間接的に接している金属製のケース８１から、接点端子６２，６３に対して外気温が伝導される。このため、電磁リレー６１が、例えば、寒冷地等の極低温の環境下で使用される車両等に搭載された場合は、接点６２ａ，６３ａの温度は、時刻ｔ１３の時の温度であるＴｇから、図１０の実線Ｃ２で示されるような曲線を描いて、急激に下降する。

この結果、例えば、時刻ｔ１４における筐体６５内部の温度Ｒ２と接点６２ａ，６３ａの温度Ｃ２のように、双方の温度に一定以上の温度差が生じた場合、接点６２ａ，６３ａに結露（水滴）が生じる。

この接点６２ａ，６３ａに付着した水滴は、その後、更に冷却されて氷結し、例えば、図１１に図示されるような氷粒Ｆｒとなる場合がある。

以上説明したような氷結現象が起こると、電磁リレー６１の次回動作時において、氷粒Ｆｒが、可動接点６２ａと固定接点６３ａとの接触を妨げるため、電磁リレー６１は、動作不良を起こしてしまう。この結果、負荷に給電を行うことが不可能となる。

尚、上記特許文献１では、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）に備えられた２つの電磁リレーの内、一方の電磁リレーが氷結などにより導通不良となった場合に、バックアップとして用意されている他方の電磁リレーを使用することにより、負荷への給電を可能としている。

しかしながら、バックアップ用とはいえ、電磁リレー自体は同じ製品を使用するのが通常であるため、製品ごとのばらつきはあるにせよ、同一条件下で氷結が生じる可能性は高い。したがって、他方の電磁リレーにおいても結露が生じ、ひいては、氷結により導通不良となった場合は、負荷への給電が不可能となる。

上記特許文献２では、電磁リレーにおいて、固定端子の接点近傍などに凍結が生じているか否かを判定し、凍結が生じている場合には、電磁コイルに対する電圧の印加と停止を繰り返して、可動端子を固定端子に対して近接離間する方向に繰り返し移動させる。このようにすることで、凍結が生じている固定端子を振動させて氷粒などを取り除き、凍結の解除を行っている。

また、上記特許文献３では、電動パワーステアリング装置において、電磁リレーの温度を推定し、このリレー温度推定値が、予め設定した所定値（例えば、氷結温度０℃）以下であった場合は、モータ電流の出力制限を行う。そして、モータ電流の出力制限開始後において、電磁リレーの温度を再度推定し、このリレー温度推定値が、予め設定した所定値以上となった場合は、電磁リレーを一旦オフした後に再びオンとするワイピング動作を予め設定した所定回数を行うことで、リレー接点部分や、リレーを構成する可動部材に付着した氷粒等の除去を行っている。

しかしながら、特許文献２や特許文献３の方法では、固定端子の接点近傍などにおいて、氷粒が強固に付着している場合、凍結が生じている固定端子を振動させるだけでは、氷粒が全て除去出来ない恐れがある。また、可動端子を固定端子に対して近接離間する方向に繰り返し移動させなくてはならないため、騒音が発生するという問題もある。

さらに、上述した特許文献１〜３に記載されているのは、電磁リレーの接点に氷結が生じた場合の事後的な対策であって、接点に氷結が生じるのを未然に防止するための技術ではない。

上記特許文献４では、電磁リレーを制御するリレー制御装置において、リレー接点がオンとなった後に、電磁コイルに流れる電流を低減させて、電磁コイルの発熱を低減している。

しなしながら、リレー接点がオフとなった後に、当該リレー接点近傍に氷結が生じた場合は、電磁リレーにおいて、導通不良が生じてしまう恐れがある。

本発明は、上述した問題点に鑑み、電磁リレー内のリレー接点に生じた結露に起因する氷粒によって、当該電磁リレーが導通不良となることを未然に防止することが出来るリレー制御装置を提供することを目的としている。

本発明のリレー制御装置は、電磁コイルと、この電磁コイルへの駆動電圧の印加により切り替わるリレー接点とを有する電磁リレー、および、電磁リレーを制御する制御手段を備えており、リレー接点を介して車両に搭載された負荷へ給電を行う。そして、制御手段は、車両を駆動するための駆動信号が入力された場合に、前記電磁コイルに第１駆動電圧を印加し、車両の駆動を停止するための停止信号が入力された場合に、電磁コイルにおける消費電力が第１駆動電圧印加時の消費電力よりも小さくなるような第２駆動電圧を、電磁コイルに印加する。

このようにすることで、制御手段に対して停止信号が入力した後においても、電磁コイルでは、第２駆動電圧の印加に伴うジュール熱が発生し続ける。このため、例えば、電磁リレーが、寒冷地等の極低温の環境下で使用される車両に搭載された場合でも、車両の駆動停止後に、リレー接点の温度は、従来のように、急激に下降することはない。よって、電磁リレー内部の温度とリレー接点の温度に、一定以上の温度差が生じなくなり、当該リレー接点に結露（水滴）が生じることを未然に防止することが出来る。この結果、水滴がさらに冷却されて出来た氷粒によって、電磁リレーが導通不良となることを防止することが出来る。

本発明のリレー制御装置において、制御手段は、停止信号が入力された場合に、第２駆動電圧を、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御されたパルス電圧として電磁コイルへ印加してもよい。

このようにすることで、ＰＷＭ信号のデューティー比を調整することにより、電磁リレーのコイルで発生するジュール熱の熱量を容易に調整することが出来る。

デューティー比は必ずしも一定である必要はなく、ＰＷＭ制御を行っている間に、デューティー比を変化させてもよい。例えば、デューティー比を徐々に減少させると、電磁コイルの発熱量も徐々に減少するので、より精度良く温度を制御することができる。

本発明のリレー制御装置において、制御手段は、停止信号が入力された場合に、第２駆動電圧を、連続した直流電圧として電磁コイルへ印加してもよい。

このようにすることで、車両の駆動を停止するための停止信号が入力された後に、電磁コイルに印加する第２駆動電圧の電圧値を容易に変更することが出来る。

この場合、第２駆動電圧（直流電圧）の電圧値を徐々に低下させるように制御を行ってもよい。

本発明のリレー制御装置において、第２駆動電圧は、リレー接点を閉じた状態に維持することが可能な電圧であることが好ましい。

このようにすることで、第２駆動電圧が電磁コイルに印加されている間、リレー接点は安定した接触状態を維持することができる。また、騒音の発生も防止することができる。

本発明のリレー制御装置において、制御手段は、電磁コイルに対する第２駆動電圧の印加時間が所定時間を経過した場合は、当該第２駆動電圧の印加を停止するのが好ましい。

このようにすることで、必要以上に長時間にわたって電磁コイルに対する第２駆動電圧の印加を行わずに済むため、無駄な電力消費を防止することが出来る。

本発明のリレー制御装置において、電磁リレーの内部温度と外部温度を検出する温度検出部を更に設けてもよい。この場合、制御手段は、温度検出部により検出された内部温度と外部温度との差が所定の閾値以下であれば、第２駆動電圧の印加を停止する。

このようにすることで、リレー接点に結露が生じる恐れのない状態となった以降は、電磁コイルに対する第２駆動電圧の印加を行わずに済むため、無駄な電力消費を防止することが出来る。

本発明のリレー制御装置において、リレー接点と直列に、開閉器を更に設けてもよい。この場合、制御手段は、車両の駆動を停止するための停止信号が入力されると、開閉器を開いて、負荷に対する給電を停止する。

このようにすることで、停止信号が入力された後において、リレー接点の閉じた状態が継続しても、負荷に対する給電は行われないため、停止信号に基づく負荷の制御を確実に行うことが出来る。

本発明は、車両用に限定されない一般的なリレー制御装置としても実現することができる。この場合のリレー制御装置は、電磁コイルと、この電磁コイルへの駆動電圧の印加により切り替わるリレー接点とを有する電磁リレー、および電磁リレーを制御する制御手段を備え、制御手段は、電磁リレーを動作させるための第１信号が入力された場合に、電磁コイルに第１駆動電圧を印加し、電磁リレーの動作を停止するための第２信号が入力された場合に、電磁コイルにおける消費電力が第１駆動電圧印加時の消費電力よりも小さくなるような第２駆動電圧を、電磁コイルに印加する。

このようにすることで、制御手段に対して第２信号が入力された後においても、電磁コイルでは、第２駆動電圧の印加に伴うジュール熱が発生し続ける。このため、例えば、電磁リレーが極低温の環境下で使用される場合でも、電磁リレーの動作停止後に、リレー接点の温度が急激に下降することはない。よって、電磁リレー内部の温度とリレー接点の温度に、一定以上の温度差が生じることに起因して、当該リレー接点に結露（水滴）が生じることを未然に防止することが出来る。

本発明によれば、停止信号の入力後においても、電磁コイルでジュール熱が発生するため、リレー接点に結露（水滴）が生じることを未然に防止することができ、ひいては、この水滴が氷結して出来た氷粒によって電磁リレーが導通不良となることを防止することが出来る。

本発明の第１実施形態によるリレー制御装置の構成を示した図である。 第１実施形態のリレー制御装置による制御の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態における電磁リレーの動作および温度変化を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態によるリレー制御装置の構成を示した図である。 第２実施形態のリレー制御装置による制御の流れを示すフローチャートである。 駆動電圧の他の例を説明するためのタイミングチャートである。 図６の駆動電圧を電磁コイルに印加するための要部構成図である。 非通電時の電磁リレーを示した図である。 通電時の電磁リレーを示した図である。 従来の電磁リレーの動作および温度変化を示すタイミングチャートである。 氷粒が付着した接点部分の拡大図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるリレー制御装置１００ａの構成を示した図である。

リレー制御装置１００ａは、例えば、不図示の車両に搭載されるＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）である。また、リレー制御装置１００ａは、負荷２００や、図１中に図示されていない複数の負荷に対する給電制御（電源電圧の供給および遮断）を行う。

負荷２００は、例えば、車両に搭載された電動パワーステアリング装置であり、不図示の複数の負荷は、例えば、パワーウィンドウや、ワイパー等の車載装置である。尚、以下において、負荷２００以外の負荷についての説明は省略する。

リレー制御装置１００ａと負荷２００との間には、開閉器３００が設けられている。開閉器３００は、後述するリレー接点２２と直列に接続されている。

リレー制御装置１００ａは、制御部１１と、電磁リレー２１と、半導体スイッチ３１とを備えている。

制御部１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）から構成されている。また、不図示のイグニッション装置において、車両を駆動するための操作（以下、「駆動操作」と記載）が行われた場合、この駆動操作に基づく駆動信号が、制御部１１に入力される。同様に、イグニッション装置において、車両の駆動を停止するための操作（以下、「停止操作」と記載）が行われた場合、この停止操作に基づく停止信号が、制御部１１に入力される。

ここで、上述した駆動信号は、本発明における第１信号の一例であり、停止信号は、本発明における第２信号の一例である。

電磁リレー２１は、例えば表面実装型リレーであり、可動接点２２ａおよび固定接点２２ｂからなるリレー接点２２と、電磁コイル２３と、筐体２４とを備えている。

電磁リレー２１は、図８の電磁リレー６１と同じ構造を有している。可動接点２２ａは、図８の可動接点６２ａに対応している。固定接点２２ｂは、図８の固定接点６３ａに対応している。電磁コイル２３は、図８の電磁コイル６４に対応している。筐体２４は、図８の筐体６５に対応している。また、電磁リレー２１は、図８のように、ケース８１に取り付けられた基板７１に実装される。

半導体スイッチ３１は、例えば、ＮＰＮ型トランジスタである。半導体スイッチ３１のコレクタ端子は、電磁コイル２３を介して、電源Ｂに接続されている。電源Ｂは、例えば、車両に搭載されたバッテリ装置である。半導体スイッチ３１のベース端子は、制御部１１の出力端子に接続されている。半導体スイッチ３１のエミッタ端子は、グランドＧ１に接地されている。

上述した半導体スイッチ３１において、制御部１１が、半導体スイッチ３１のベース端子にＨｉｇｈ（ハイ）電圧を出力すると、半導体スイッチ３１は、オン状態となる。その結果、電源Ｂの電源電圧が電磁コイル２３に印加され、これにより電磁コイル２３が励磁状態になると、可動接点２２ａが固定接点２２ｂに接触して、リレー接点２２が閉じた状態となる。以下においては、このような電磁リレー２１の状態を「オン状態」と記載する。

制御部１１が、半導体スイッチ３１のベース端子にＬｏｗ（ロー）電圧を出力すると、半導体スイッチ３１は、オフ状態となる。その結果、電源Ｂの電源電圧が電磁コイル２３に印加されず、これにより電磁コイル２３が非励磁状態になると、可動接点２２ａが固定接点２２ｂから離間して、リレー接点２２が開いた状態となる。以下においては、このような電磁リレー２１の状態を「オフ状態」と記載する。

ここで、上述した制御部１１と半導体スイッチ３１は、本発明における制御手段の一実施形態である。

負荷２００において、一方の端子は、グランドＧ２に接地されており、他方の端子は、開閉器３００の一方の端子に接続されている。また、開閉器３００の他方の端子は、リレー接点２２の固定接点２２ｂに接続されている。開閉器３００は、例えば半導体スイッチから構成され、制御部１１から制御信号が入力される。開閉器３００は、この制御信号に基づいて開閉動作を行ない、負荷２００を動作状態または非動作状態にする。

以上のような構成のリレー制御装置１００ａにおいて、制御部１１は、不図示のイグニッション装置から入力される駆動信号および停止信号に基づいて、負荷２００に対する給電と遮断とを切り替える制御を行う。

以下では、リレー制御装置１００ａによる制御の流れについて、図２のフローチャートを参照しながら説明する。また、フローチャートの各ステップにおける電磁リレー２１の動作の詳細については、図３のタイムチャートを参照しながら説明する。

図２に図示されたフローチャートのステップＳ１では、車両を駆動するための駆動操作の有無を判定する。そして、駆動操作が有った場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）は、ステップＳ２へ進み、駆動操作が無い場合（ステップＳ１：ＮＯ）は、駆動操作が有るまで、当該ステップＳ１が繰り返される。

具体的には、図３のタイムチャート中の時刻ｔ０では、駆動操作は行われていない（図２のステップＳ１：ＮＯ）。このため、制御部１１（図１）に駆動信号が入力されないので、半導体スイッチ３１はオフ状態にある。したがって、時刻ｔ０において、電磁リレー２１の電磁コイル２３に印加されているコイル駆動電圧は、０〔Ｖ〕である。よって、このときの電磁リレー２１はオフ状態であり、可動接点２２ａが固定接点２２ｂから離間しているので、電源Ｂから負荷２００への給電は行われない。

また、時刻ｔ０における、電磁リレー２１の筐体２４内部の温度はＴａであり（破線Ｒ１参照）、リレー接点２２の温度は略Ｔａである（実線Ｃ１参照）。

時刻ｔ１において、運転者がイグニッション装置（図示省略）を駆動操作すると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、リレー制御装置１００ａの制御部１１には、この駆動操作に基づく駆動信号が入力される。

ステップＳ２では、リレー制御装置１００ａは、電磁リレー２１に対して、以下のような第１制御を開始する。

具体的には、制御部１１（図１）は、時刻ｔ１（図３）で入力された駆動信号に基づいて、半導体スイッチ３１をオン状態にする。また、制御部１１は、半導体スイッチ３１をオン状態にすることに加えて、開閉器３００を閉じた状態に切り替える。

時刻ｔ１で半導体スイッチ３１がオン状態になると、図３のように、連続した直流電圧（以下、「定常電圧」と記載）Ｘ１〔Ｖ〕が、電磁コイル２３に駆動電圧として印加される。この定常電圧Ｘ１〔Ｖ〕は、本発明における第１駆動電圧の一例である。

この時、電磁コイル２３では、駆動電圧の印加に伴い電流が流れるので、ジュール熱が発生し始める。しかし、この時点ではまだ、筐体２４内部の温度やリレー接点２２の温度は、ジュール熱の影響を受けていない。このため、筐体２４内部の温度は、Ｔａのままであり（破線Ｒ１参照）、リレー接点２２の温度も、略Ｔａのままである（実線Ｃ１参照）。

また、この時、リレー接点２２はまだ切り替えが完了していないため、電磁リレー２１はオフ状態である。つまり、負荷２００に対する給電は行われていない。

時刻ｔ１から所定時間が経過した時刻ｔ２になると、リレー接点２２の切り替えが完了して、可動接点２２ａが固定接点２２ｂに接触する。

この時、電磁コイル２３では、駆動電圧の印加に伴うジュール熱が、時刻ｔ１から発生し続けているため、筐体２４内部の温度やリレー接点２２の温度は、このジュール熱の影響を徐々に受け始めている。このため、筐体２４内部の温度は、時刻ｔ１の時のＴａから所定温度上昇し（破線Ｒ１参照）、リレー接点２２の温度も、時刻ｔ１の時の略Ｔａから所定温度上昇している（実線Ｃ１参照）。

これとは別に、リレー接点２２では、可動接点２２ａと固定接点２２ｂが接触することで、両接点２２ａ，２２ｂ間に電流が流れ、この通電に伴うジュール熱が発生する。このジュール熱は、リレー接点２２の温度上昇の一因となる。

また、リレー接点２２が切り替わることにより、負荷２００には、リレー接点２２および閉じた状態の開閉器３００を通じて、電源Ｂから電源電圧が供給される。これにより、負荷２００に通電が行われ、負荷２００が動作状態となる。

ステップＳ３では、車両の駆動を停止するための停止操作の有無を判定する。そして、停止操作が有った場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）は、ステップＳ４へ進み、停止操作が無い場合（ステップＳ３：ＮＯ）は、停止操作が有るまで、当該ステップＳ３が繰り返される。

具体的には、図３において停止操作が行われるのは時刻ｔ３であり、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間、電磁コイル２３には、定常電圧Ｘ１〔Ｖ〕が印加され続けている。

このため、筐体２４内部の温度（破線Ｒ１）とリレー接点２２の温度（実線Ｃ１）は、電磁コイル２３で発生したジュール熱の影響を受けて、時間の経過ととともに上昇してゆく。

そして、時刻ｔ３では、筐体２４内部の温度はＴｂとなり、リレー接点２２の温度はＴｃとなる。ここで、Ｔｃ＞Ｔｂであるのは、リレー接点２２では、電磁コイル２３の発熱に加えて、接点自体での発熱の影響を受けるからである。

時刻ｔ３において、運転者がイグニッション装置を停止操作すると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、リレー制御装置１００ａの制御部１１には、この停止操作に基づく停止信号が入力される。

ステップＳ４では、リレー制御装置１００ａは、電磁リレー２１に対して、以下のような第２制御を開始する。

具体的には、制御部１１（図１）は、時刻ｔ３（図３）で入力された停止信号に基づいて、開閉器３００へ制御信号を送り、開閉器３００を閉じた状態から開いた状態に切り替える。これにより、負荷２００に対する給電は遮断され、負荷２００は非動作状態となる。

また、制御部１１は、上記停止信号に基づき、電磁コイル２３に印加する駆動電圧に対して、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を開始する。

具体的には、制御部１１は、時刻ｔ３の時点から、予め設定された所定のデューティー比をもつＰＷＭ信号を出力する。このＰＷＭ信号は、スイッチ素子３１のベース端子に与えられる。スイッチ素子３１は、ＰＷＭ信号と同期してオン／オフする。

これにより、スイッチ素子３１がオンの期間では、電源Ｂから電磁コイル２３へ駆動電圧が印加され、電磁コイル２３に通電が行われる。一方、スイッチ素子３１がオフの期間では、電源Ｂから電磁コイル２３へ駆動電圧が印加されず、電磁コイル２３に通電は行われない。このため、電磁コイル２３に印加される駆動電圧は、ＰＷＭ制御されたパルス電圧となる。このパルス電圧は、本発明における第２駆動電圧の一例である。

このようにして、図３の時刻ｔ３以降は、ＰＷＭ制御されたパルス電圧が、駆動電圧として電磁コイル２３に印加される。したがって、電磁コイル２３における単位時間当たりの消費電力についてみると、時刻ｔ３以降の消費電力は、時刻ｔ１から時刻ｔ３まで定常電圧を連続して印加した場合の消費電力よりも小さくなる。この結果、電磁コイル２３による磁気吸引力は低下するが、リレー接点２２は、磁気吸引力が一定値以下になるまでは閉じた状態を維持する。そこで、上述のデューティー比は、このリレー接点２２の閉じた状態を維持出来るような比率に設定される。これにより、電磁コイル２３に間欠的なパルス電圧が印加されても、当該電圧が印加されている間、リレー接点２２は安定した接触状態を維持することができる。また、リレー接点２２の振動による騒音が発生することもない。

電磁コイル２３では、ＰＷＭ制御された駆動電圧の印加に伴うジュール熱が、時刻ｔ３以降においても発生し続ける。一方、リレー接点２２は閉じた状態を維持するが、開閉器３００が開いた状態となっているため、リレー接点２２には通電がされない。したがって、時刻ｔ３以降は、リレー接点２２でジュール熱が発生しなくなる。

時刻ｔ３以前と時刻ｔ３以降において、電磁コイル２３で発生するジュール熱の熱量を比較した場合、時刻ｔ３以降において発生する熱量の方が小さい。これは、前述した電磁コイル２３での消費電力の差によるものである。

このため、駆動電圧のＰＷＭ制御が開始された後、筐体２４内部の温度は、時刻ｔ３の時のＴｂから次第に低下し（破線Ｒ１参照）、リレー接点２２の温度も、時刻ｔ３の時のＴｃから次第に低下する（実線Ｃ１参照）。

但し、電磁コイル２３でジュール熱が発生し続けるため、電磁リレー２１が、寒冷地等の極低温の環境下で使用される車両に搭載された場合でも、車両の駆動停止後に、リレー接点２２の温度は、従来（図１０の実線Ｃ２）のように急激に下降することはなく、図３の実線Ｃ１のように緩やかに下降する。そして、図３の場合、時刻ｔ３以降のリレー接点２２の温度（実線Ｃ１）は、筐体２４内部の温度（破線Ｒ１）を上回っているので、リレー接点２２に結露は発生しない。このため、結露が氷結してリレー接点２２に氷粒が生じることもない。なお、リレー接点２２の温度が筐体２４内部の温度を下回った場合でも、両者の温度差が一定値を超えなければ、リレー接点２２に結露は発生しない。

ステップＳ５では、ステップＳ４において開始された第２制御（駆動電圧のＰＷＭ制御）が停止可能か否かを判定する。第２制御が停止可能な場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）は、ステップＳ６へ進み、停止可能でない場合（ステップＳ５：ＮＯ）は、停止可能となるまで、当該ステップＳ５が繰り返される。

具体的には、制御部１１によって、第２制御開始時（時刻ｔ３）からの経過時間が監視され、時刻ｔ３から所定時間が経過した時刻ｔ５に至ると、第２制御が停止可能と判断して、電磁リレー２１に対する第２制御を停止する。また、所定時間が経過していない場合は、第２制御が停止可能でないと判断して、電磁リレー２１に対する第２制御を継続する。

ステップＳ６では、制御部１１が、電磁リレー２１に対する第２制御を停止する。

具体的には、制御部１１は、第２制御開始時（時刻ｔ３）から所定時間が経過した（時刻ｔ５）ことに基づいて、半導体スイッチ３１をオフ状態にする。

半導体スイッチ３１がオフ状態になると、電磁コイル２３に印加される駆動電圧は、０〔Ｖ〕となる。これに伴い、電磁コイル２３は非励磁状態となるため、可動接点２２ａが固定接点２２ｂから離間して、リレー接点２２が開いた状態に切り替わる。

そして、ステップＳ６において、電磁リレー２１がオン状態からオフ状態に切り替わることで、リレー制御装置１００ａは、電磁リレー２１に対して行っていた第２制御を終了する。これにより、図２のフローチャートの一連の処理が終了する。

尚、時刻ｔ５の時点では、リレー接点２２の温度は、時刻ｔ３の時の温度Ｔｃから下降して、Ｔｄとなっており（実線Ｃ１参照）、時刻ｔ５以降は、当該温度からさらに下降して、時刻ｔ０の時の温度である略Ｔａに近づいていく。また、筐体２４内部の温度（破線Ｒ１）も、時刻ｔ０の時の温度であるＴａに近づいていく。

このように、本発明の第１実施形態によるリレー制御装置１００ａ（図１）では、制御部１１に対して停止信号が入力する前（図３：ｔ１〜ｔ３の間）までは、定常電圧であるＸ１〔Ｖ〕の駆動電圧が、電磁コイル２３に印加される（第１制御）。また、停止信号が入力した後（図３：ｔ３以降）は、所定のデューティー比によってＰＷＭ制御された駆動電圧が、電磁コイル２３に印加される（第２制御）。

これにより、制御部１１に対して停止信号が入力した後（ｔ３以降）においても、電磁コイル２３では、ＰＷＭ制御された駆動電圧の印加に伴うジュール熱が発生し続ける。このため、電磁リレー２１が、寒冷地等の極低温の環境下で使用される車両に搭載された場合でも、車両の駆動停止後に、リレー接点２２の温度が急激に下降することはない。そして、筐体２４内部の温度の低下にあわせて、リレー接点２２の温度も緩やかに低下させることができる。よって、筐体２４内部の温度とリレー接点２２の温度に、一定以上の温度差が生じなくなり、筐体２４の内部に収容されている可動接点２２ａや固定接点２２ｂに結露（水滴）が生じることを未然に防止することが出来る。この結果、水滴がさらに冷却されて出来た氷粒によって、可動接点２２ａと固定接点２２ｂとの接触が妨げられて、電磁リレー２１が動作不良を起こすことを防止することが出来る。

また、第１実施形態では、制御部１１により、第２制御開始時から所定時間が経過した時点で、電磁リレー２１に対する第２制御が停止される。

上述の所定時間は、例えば、筐体２４内部の温度やリレー接点２２の温度が、Ｔａ（時刻ｔ０における温度）付近の所定温度まで下降するのに要する時間を、実験等の検証によって導出したものである。筐体２４内部の温度やリレー接点２２の温度が、Ｔａ付近の値となった後は、双方の温度に大きな温度差が生じることはないので、可動接点２２ａや固定接点２２ｂに結露（水滴）が生じることもない。このため、必要以上に長時間にわたって電磁コイル２３に駆動電圧を印加する必要がなく、無駄な電力消費を防止することが出来る。

さらに、停止信号が入力された後（図３：ｔ３以降）は、制御部１１（図１）により、開閉器３００は、閉じた状態から開いた状態に切り替えられて、負荷２００に対する給電は遮断される。

これにより、停止信号が入力された後において、リレー接点２２の閉じた状態が継続しても、負荷２００に対する給電は行われないため、停止信号に基づく負荷２００の制御を確実に行うことが出来る。

なお、以上の説明においては、停止信号が入力された後（図３：ｔ３以降）、デューティー比が一定であるＰＷＭ制御を行う例を示したが、デューティー比は必ずしも一定でなくてもよい。例えば、リレー接点２２の閉じた状態を維持出来るようなデューティー比の範囲内で、徐々にデューティー比を減少させてもよい。デューティー比を減少させると、電磁コイル２３の発熱量は低下する。そのため、デューティー比を徐々に減少させることで、電磁コイル２３の発熱量も徐々に減少させることができるので、より精度良く温度を制御することができる。

また、次のようなＰＷＭ制御を行ってもよい。停止信号が入力された後（図３：ｔ３以降）の初期段階では、リレー接点２２の閉じた状態を維持出来るようなデューティー比でＰＷＭ制御を行う。その後、リレー接点２２が開いた状態となるようにデューティー比を変更し、ＰＷＭ制御を行う。こうすることで、電磁コイル２３の発熱量を徐々に減少させることができるため、より精度良く温度を制御することができ、かつ、リレー接点２２の開閉は１回だけで済むので、騒音の発生も抑えることができる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態によるリレー制御装置１００ｂの構成を示した図である。図４において、図１と同一部分には同一符号を付してある。

リレー制御装置１００ｂは、制御部１１と、電磁リレー２１と、半導体スイッチ３１と、温度検出部５１とを備えている。

温度検出部５１は、例えば、２つの温度センサから構成されている。そして、一方の温度センサは、電磁リレー２１の内部温度（筐体２４内部の温度）を検出し、他方の温度センサは、電磁リレー２１の外部温度（筐体２４外部の温度）を検出する。

第２実施形態は、温度検出部５１が設けられている点を除いて、第１実施形態と同じであるので、温度検出部５１以外の要素については説明を省略する。

以下では、リレー制御装置１００ｂによる制御の流れと、電磁リレー２１の動作について、図５のフローチャートおよび図３のタイムチャートを参照しながら説明する。

なお、図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１１〜Ｓ１４の内容は、図２のフローチャートにおけるステップＳ１〜Ｓ４の内容と同じであるので、説明を省略する。また、図３のタイムチャートのｔ０〜ｔ３における電磁リレー２１の動作も、第１実施形態の場合と同じであるので、説明を省略する。

図５のステップＳ１５では、ステップＳ１４において開始された第２制御（駆動電圧のＰＷＭ制御）が停止可能か否かを判定する。第２制御が停止可能な場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）は、ステップＳ１６へ進み、停止可能でない場合（ステップＳ１５：ＮＯ）は、停止可能となるまで、当該ステップＳ１５が繰り返される。

具体的には、第２制御の開始（図３のｔ３）から一定時間が経過した時点で、制御部１１によって、温度検出部５１により検出された電磁リレー２１の内部温度と外部温度から、これらの温度差が算出される。そして、この温度差が所定の閾値以下である場合は、第２制御が停止可能と判断して、電磁リレー２１に対する第２制御を停止する。また、温度差が閾値以下でない場合は、第２制御が停止可能でないと判断して、電磁リレー２１に対する第２制御を継続する。

ステップＳ１６では、制御部１１が、電磁リレー２１に対する第２制御を停止する。

具体的には、制御部１１は、電磁リレー２１の内部温度と外部温度との温度差が閾値以下であることに基づいて、半導体スイッチ３１をオフ状態にする。図３の場合、半導体スイッチ３１がオフ状態となるのは、時刻ｔ５である。

半導体スイッチ３１がオフ状態になると、電磁コイル２３に印加される駆動電圧は、０〔Ｖ〕となる。これに伴い、電磁コイル２３は非励磁状態となるため、可動接点２２ａが固定接点２２ｂから離間して、リレー接点２２が開いた状態に切り替わる。

そして、ステップＳ１６において、電磁リレー２１がオン状態からオフ状態に切り替わることで、リレー制御装置１００ｂは、電磁リレー２１に対して行っていた第２制御を終了する。これにより、図５のフローチャートの一連の処理が終了する。

尚、時刻ｔ５の時点では、リレー接点２２の温度は、時刻ｔ３の時の温度Ｔｃから下降して、Ｔｄとなっており（実線Ｃ１参照）、時刻ｔ５以降は、当該温度からさらに下降して、時刻ｔ０の時の温度である略Ｔａに近づいていく。また、筐体２４内部の温度（破線Ｒ１）も、時刻ｔ０の時の温度であるＴａに近づいていく。

以上述べた第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、停止信号が入力した後（図３：ｔ３以降）は、ＰＷＭ制御された駆動電圧が電磁コイル２３に印加される。このため、極低温の環境下でも、リレー接点２２の温度は急激に下降せず、緩やかに低下するので、結露に起因する電磁リレー２１の動作不良を防止することが出来る。

また、第２実施形態では、制御部１１により、温度検出部５１で検出された電磁リレー２１の内部温度と外部温度から、これらの温度差が算出される。そして、温度差が閾値以下である場合は、電磁リレー２１に対する第２制御が停止される。

上述の閾値は、筐体２４内部の温度と筐体２４外部の温度の温度差が大きく乖離しない範囲（例えば１℃〜２℃程度）の値であり、実験等の検証によって導出された値である。第２制御が開始されてから一定時間経過後に、上記温度差が閾値以下であれば、それ以降に、筐体２４内部の温度とリレー接点２２の温度に大きな温度差が生じることはないので、可動接点２２ａや固定接点２２ｂに結露（水滴）が生じることもない。このため、結露が生じる恐れのない状態となった以降は、電磁リレー２１に対する第２制御を行わずに済むため、無駄な電力消費を防止することが出来る。

第２実施形態のリレー制御装置１００ｂにおけるその他の効果については、第１実施形態のリレー制御装置１００ａと同様であるため、説明を省略する。

次に、上述した第１実施形態と第２実施形態における第２制御の他の例について、図６を参照しながら説明する。図６において、時刻ｔ０から時刻ｔ３までの動作については、図３における時刻ｔ０から時刻ｔ３までの動作と同じであるので、説明を省略する。

図６の場合、時刻ｔ３からの第２制御においては、図３のＰＷＭ制御に代えて、駆動電圧のレベルを制御する。具体的には、時刻ｔ３になると、電磁コイル２３に印加する駆動電圧の電圧値を、それまでのＸ１〔Ｖ〕よりも低いＸ２〔Ｖ〕に切り替える。そして、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの間、Ｘ２〔Ｖ〕の連続した直流電圧（定常電圧）が電磁コイル２３に印加される。この直流電圧は、本発明における第２駆動電圧の一例である。なお、Ｘ２の値は、リレー接点２２の閉じた状態を維持できるような値に設定される。

これによって、ＰＷＭ制御の場合と同様に、時刻ｔ３以降も電磁コイル２３でジュール熱が発生し続けるため、リレー接点２２の温度が急激に下降することはなく、リレー接点２２に結露が発生するのを未然に防止することができる。

なお、図６のような駆動電圧を電磁コイル２３に印加するには、図１や図４のスイッチ素子３１に代えて、図７のように、抵抗４１と切替回路４２を設け、制御部１１で切替回路４２を制御すればよい。時刻ｔ１〜ｔ３の間は、切替回路４２をａ側に切り替えた状態にすることで、電磁コイル２３にＸ１〔Ｖ〕の駆動電圧が印加される。時刻ｔ３で切替回路４２をｂ側に切り替えると、抵抗４１における電圧降下のために、電磁コイル２３に印加される駆動電圧はＸ２〔Ｖ〕に下がる。

本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、上記第１および第２実施形態では、リレー制御装置１００ａ，１００ｂを、車両に搭載されるＥＣＵに適用した例について説明したが、本発明は車載用のリレー制御装置に限定されない。例えば、リレー制御装置１００ａ，１００ｂを、家庭用のエアコンディショナー等に適用してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、リレー接点２２を介して電源Ｂから負荷２００へ給電を行う例を挙げたが、これに限らず、リレー接点を介して所定箇所へ信号を伝送する場合にも本発明は適用が可能である。

また、図３の例では、時刻ｔ３の時点からＰＷＭ制御に切り替えたが、時刻ｔ１の時点からＰＷＭ制御を行ってもよい。この場合、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの間は、制御部１１から出力されるＰＷＭ信号のデューティ−比を１００％とすることで、図３の定常電圧Ｘ１〔Ｖ〕が得られる。そして、時刻ｔ３の時点から、ＰＷＭ信号のデューティ−比を１００％未満とすればよい。

また、図６の例では、時刻ｔ３以降は、Ｘ２〔Ｖ〕の駆動電圧を連続して電磁コイル２３に印加したが、これに限定されない。例えば、時刻ｔ３から所定時間が経過した時点で、再度駆動電圧の制御を行い、Ｘ２〔Ｖ〕よりもさらに低いＸ３〔Ｖ〕の駆動電圧を、電磁コイル２３に印加してもよい。すなわち、駆動電圧（直流電圧）の電圧値が徐々に低下するように制御してもよい。

１１ 制御部
２１ 電磁リレー
２２ リレー接点
２２ａ 可動接点
２２ｂ 固定接点
２３ 電磁コイル
２４ 筐体
５１ 温度検出部
１００ａ，１００ｂ リレー制御装置
２００ 負荷
３００ 開閉器

Claims (11)

1. 電磁コイルと、前記電磁コイルへの駆動電圧の印加により切り替わるリレー接点とを有する電磁リレー、および、
   前記電磁リレーを制御する制御手段、
   を備え、
   前記リレー接点を介して車両に搭載された負荷へ給電を行うリレー制御装置において、
   前記制御手段は、
   車両を駆動するための駆動信号が入力された場合に、前記電磁コイルに第１駆動電圧を印加し、
   車両の駆動を停止するための停止信号が入力された場合に、前記電磁コイルにおける消費電力が前記第１駆動電圧印加時の消費電力よりも小さくなるような第２駆動電圧を、前記電磁コイルに印加する、ことを特徴とするリレー制御装置。
2. 請求項１に記載のリレー制御装置において、
   前記制御手段は、前記停止信号が入力された場合に、前記第２駆動電圧を、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御されたパルス電圧として前記電磁コイルへ印加する、ことを特徴とするリレー制御装置。
3. 請求項２に記載のリレー制御装置において、
   前記制御手段は、前記ＰＷＭ制御を行っている間に、当該ＰＷＭ制御のデューティー比を変化させる、ことを特徴とするリレー制御装置。
4. 請求項３に記載のリレー制御装置において、
   前記制御手段は、前記デューティー比を徐々に減少させる、ことを特徴とするリレー制御装置。
5. 請求項１に記載のリレー制御装置において、
   前記制御手段は、前記停止信号が入力された場合に、前記第２駆動電圧を、連続した直流電圧として前記電磁コイルへ印加する、ことを特徴とするリレー制御装置。
6. 請求項５に記載のリレー制御装置において、
   前記制御手段は、前記第２駆動電圧の電圧値を徐々に低下させる、ことを特徴とするリレー制御装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のリレー制御装置において、
   前記第２駆動電圧は、前記リレー接点を閉じた状態に維持することが可能な電圧である、ことを特徴とするリレー制御装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のリレー制御装置において、
   前記制御手段は、前記電磁コイルに対する前記第２駆動電圧の印加時間が所定時間を経過した場合は、当該第２駆動電圧の印加を停止する、ことを特徴とするリレー制御装置。
9. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のリレー制御装置において、
   前記電磁リレーの内部温度と外部温度を検出する温度検出部を更に設け、
   前記制御手段は、前記温度検出部により検出された内部温度と外部温度との差が所定の閾値以下である場合は、前記第２駆動電圧の印加を停止する、ことを特徴とするリレー制御装置。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のリレー制御装置において、
    前記リレー接点と直列に、開閉器を更に設け、
    前記制御手段は、前記停止信号が入力された場合に、前記開閉器を開いて、前記負荷に対する給電を停止する、ことを特徴とするリレー制御装置。
11. 電磁コイルと、前記電磁コイルへの駆動電圧の印加により切り替わるリレー接点とを有する電磁リレー、および、
    前記電磁リレーを制御する制御手段、
    を備えたリレー制御装置において、
    前記制御手段は、
    前記電磁リレーを動作させるための第１信号が入力された場合に、前記電磁コイルに第１駆動電圧を印加し、
    前記電磁リレーの動作を停止するための第２信号が入力された場合に、前記電磁コイルにおける消費電力が前記第１駆動電圧印加時の消費電力よりも小さくなるような第２駆動電圧を、前記電磁コイルに印加する、ことを特徴とするリレー制御装置。

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