JP2015011836A - リレー制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リレーの電力損失を簡単な構成で小さくすることが可能なリレー制御装置を提供する。【解決手段】電磁式リレー２０に供給される電力を制御するリレー制御装置において、電磁式リレーの温度を検出する検出手段（サーミスタ１１，２３）と、検出手段によって電磁式リレーの温度の上昇を検出した場合には、電磁式リレーの電磁コイルに電力が供給されていると判定する判定手段（制御部１０）と、判定手段によって、電磁式リレーの電磁コイルに電力が供給されていると判定された場合には、接点が閉じている状態を継続して保持できるレベルまで電磁コイルに供給される電力を減少させる制御を行う制御手段（制御部１０、電流制御部１２）と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、リレー制御装置に関するものである。

車両のジャンクションボックスやＥＣＵには、車両に搭載される各種負荷の制御や各システムへの電源供給を制御するための電磁式リレーが使用されている。電磁式リレーは、過電圧や過電流に対するロバスト性や取り扱い、コストに優れている一方で、ＭＯＳ−ＦＥＴやＧＴＯ等の半導体スイッチに比べ、リレー接点を励磁するためのコイル電流が必要とされ、エネルギーロスが大きい。また、リレー接点を励磁するためのコイルに通電すると、電力損失が発生し、電力が熱に変換されて装置や基板の温度を上昇させる。すなわち装置大型化や低損失・高放熱施策・過熱保護対策のコストアップを招く。

特許文献１に開示されている技術は、リレーのコイルにおける温度上昇を低減することにより、リレーの温度上昇と雰囲気温度との合計がコイルの絶縁階級における最高許容温度以下にすることで、リレーの信頼性を高め、また、小型で低コストのリレーを使用することで、リレーの実装面積を小さくすることを可能としている。リレーの駆動開始時にはコイルの定格電圧にて動作させ、電解コンデンサに電荷が蓄えられた後の定常的な運転時にはリレーのコイルに印加する電圧を開放電圧と定格電圧の間に設定する構成となっている。

特許文献２に開示されている技術は、リレー接点がオンとなった後にリレーコイルに流れる電流を低減させてリレーコイルの発熱を低減することを特徴としている。リレー回路の駆動開始時には、最小動作電流よりも大きい電流をリレーコイルに通電させるＰＷＭ信号でＭＯＳ−ＦＥＴを駆動し、リレー接点がオンとなった後には、このリレー接点のオン状態を保持可能な最小保持電流よりも大きく、かつ最小動作電流よりも小さい電流をリレーコイルに通電させるＰＷＭ信号でＭＯＳＦＥＴを駆動する。

特開平６−３８３５９号公報 特開２００９−２８９６７１号公報

ところで、リレーがオンの状態を保持するためには、電流を流し続ける必要があるが、このオンの状態を維持するための電流（以下、「オン保持電流」と称する）は、リレー温度（搭載環境）の影響を大きく受ける。すなわち、コイルの温度が上昇すると、磁性体の温度特性によって磁力が低下することから、オン保持電流は温度上昇に伴って上昇する場合がある。このため、ある程度のマージンを持ってオン保持電流を設定しなければならず、マージンの分だけ損失が生じ、省電力、低損失効果は小さくなるという問題点がある。また、コイルの温度が上昇すると、コイルの導体抵抗が増加するため、コイルに一定電圧を印加した場合には、温度の上昇とともにコイルに流れる電流が減少し、オン保持電流を保つことができなくなる場合がある。これらに対し、使用環境温度に応じて、コイル通電電流を制御するという方法もあるが、電流測定手段や経過時間計測手段（タイマ、カウンタ、時定数）に加え、温度測定手段が必要となり、回路の複雑化（コストアップ）、ひいては装置の大型化につながるという問題点がある。また、コイルに通じる電流を少なくすると保持力が落ちるため、車両の振動等によって誤遮断を招く恐れがあるという問題点もある。

そこで、本発明はリレーの電力損失を簡単な構成で小さくすることが可能なリレー制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、電磁式リレーに供給される電力を制御するリレー制御装置において、前記電磁式リレーの温度を検出する検出手段と、前記検出手段によって前記電磁式リレーの温度の上昇を検出した場合には、前記電磁式リレーの電磁コイルが動作中と判定する判定手段と、前記判定手段によって、前記電磁式リレーが動作中と判定された場合には、前記接点が閉じている状態を継続して保持できるレベルまで前記電磁コイルに供給される電力を減少させる制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、リレーの電力損失を簡単な構成で小さくすることが可能となる。また、計時手段が不要となるとともに、温度を検出する手段として、加熱検出の保護機能を兼用することができる。

また、本発明の一側面は、前記制御手段は、前記電磁式リレーの保持力の電流特性と温度特性に基づいて、想定される温度範囲内において、前記前記接点が閉じている状態を継続して保持できるレベルの電力を求出して用いることを特徴とする。
このような構成によれば、環境温度が変化した場合であっても、電磁式リレーの接点が閉じている状態を維持できる。また、電磁式リレーに流れる電流を環境温度に応じた最適な値に設定していることから、省電力化が可能になる。

また、本発明の一側面は、前記制御手段は、前記検出手段によって、所定以上の温度上昇が検出された場合には、前記電磁コイルに供給される電力を減少させる制御の実行を保留するか、または、減少させる電力量を少なくすることを特徴とする。
このような構成によれば、例えば、環境温度が高くなった場合であっても、電磁式リレーの接点が閉じている状態を維持できるとともに、保持力が低下する高温環境において、誤遮断のリスクを軽減することができる。

また、本発明の一側面は、前記検出手段は、一方は前記電磁式リレーの電磁コイルの近傍に配置され、他方は前記電磁コイルから離れた場所に配置された２つの検温素子によって構成されるとともに、直列接続されたこれら２つの検温素子には電圧が印加され、前記判定手段は、前記２つの検温素子に現れる電圧の比によって前記電磁式リレーの温度の上昇を検出することを特徴とする。
このような構成によれば、環境温度と電磁コイルの温度の比を確実に検出することが可能になる。また、経年劣化の影響を軽減するとともに、外部からの伝熱影響としての外乱の影響を軽減し、結果として精度を向上させることができる。

また、本発明の一側面は、前記判定手段は、前記２つの検温素子に現れる電圧の比の大小によって、前記電磁式リレーの絶対温度を検出することを特徴とする。
このような構成によれば、絶対温度を参照することで、電磁式リレーをより正確に制御することができる。また、絶対温度を測定する素子を用いることなく、推定した絶対温度を過熱保護等に使用することが可能となるとともに、高温環境下で省電力制御するか否かの判断にも使用することができる。

また、本発明の一側面は、前記電磁式リレーから電力が供給される負荷および前記接点の接続点と、前記２つの検温素子の接続点との間には、前者にアノードが接続され後者にカソードが接続されたダイオードが配置され、前記接点の状態および前記負荷の状態を検出することを特徴とする。
このような構成によれば、接点の状態および負荷の状態をダイオードの電圧に基づいて検出することができる。また、誤遮断の検出を、温度検出と兼用することができるので、装置を簡略化することができる。

また、本発明の一側面は、前記判定手段が、前記電磁式リレーが動作中に、前記接点が閉じていないことを検出した場合には、前記電磁コイルに供給される電力を減少させる制御の実行を保留するか、または、減少させる電力量を少なくすることを特徴とする。
このような構成によれば、電磁式リレーの接点が誤って開いた場合には、接点を確実に閉じることができる。

また、本発明の一側面は、前記他方の検温素子と前記グランドとの間にスイッチが配置され、このスイッチをオフの状態にして、前記負荷の状態を検出することを特徴とする。
このような構成によれば、スイッチをオン／オフすることで、ダイオードの電圧を簡単に検出することが可能になる。また、断線の検出を、温度検出と兼用化することができるので、装置を簡略化することができる。

また、本発明の一側面は、前記２つの検温素子に加えて、素子値が温度依存性を有しない抵抗素子が直列に接続され、この抵抗素子との電圧の比に基づいて、前記電磁コイルの絶対温度を検出し、前記制御手段は、検出した絶対温度に基づいて制御を行うことを特徴とする。
このような構成によれば、相対的な温度ではなく、絶対的な温度に基づいて、電磁コイルに供給する電力を制御することができる。

本発明によれば、リレーの電力損失を簡単な構成で小さくすることが可能なリレー制御装置を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係るリレー制御装置の構成例を示す図である。 図１に示す電流制御部の構成例を示す図である。 図１に示す第１実施形態の動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係るリレー制御装置の構成例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るリレー制御装置の構成例を示す図である。 サーミスタの配置例を示す図である。 サーミスタのみの場合と抵抗を加えた場合の接続状態を示す図である。 電磁式リレーの保持電流と環境温度との関係を示す図である。 電磁式リレーの熱的な等価回路を示す図である。 環境温度が異なる場合の電磁コイルの温度の時間の変化を示す図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。

（Ａ）第１実施形態の構成の説明
図１は、本発明の第１実施形態に係るリレー制御装置の構成例を示す図である。この図に示すように、第１実施形態に係るリレー制御装置は、制御部１０、サーミスタ１１、電流制御部１２、負荷１３、電磁式リレー２０、および、電源３０，３１を有している。ここで、制御部１０は、サーミスタ１１，２３に印加される電圧に応じて電磁式リレー２０の電磁コイル２２の温度変化を検出し、検出された温度変化に基づいて電流制御部１２を制御する。サーミスタ１１は、電磁式リレー２０に内蔵されているサーミスタ２３と直列接続され、温度変化に応じた電圧を制御部１０に供給する。電流制御部１２は、例えば、制御部１０から供給される電圧に応じた電流を電磁コイル２２に供給する。

図２は、電流制御部１２の構成例を示している。この図２に示すように、電流制御部１２は演算増幅器１２１、トランジスタ１２２、および、抵抗素子１２３を有している。演算増幅器１２１は、非反転入力端子が制御部１０に接続され、反転入力端子がトランジスタ１２２のエミッタ端子に接続され、出力端子がトランジスタ１２２のベース端子に接続されている。トランジスタ１２２は、例えば、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタによって構成され、コレクタ端子が電磁コイル２２に接続され、ベース端子が演算増幅器１２１の出力端子に接続され、エミッタ端子が抵抗素子１２３に接続されている。抵抗素子１２３は、一端がトランジスタ１２２のエミッタ端子および演算増幅器１２１の反転入力端子に接続され、他端が接地されている。電流制御部１２は、制御部１０から電圧が印加されると、この電圧に応じた電流を電磁コイル２２に通じる電圧制御電流源として動作する。

負荷１３は、電磁式リレー２０の接点２１と直列に接続され、接点２１がオンの状態になった場合には電源３１から電力が供給される。電磁式リレー２０は、接点２１、電磁コイル２２、および、サーミスタ２３を主要な構成要素としている。ここで、電磁コイル２２は、電流制御部１２によって電流が供給されると帯磁状態となり、これによって接点２１がオンの状態になる。接点２１は、負荷１３と直列に接続されて電源３１に接続されている。電源３０は、サーミスタ１１，２３に対して直流電圧（例えば、５Ｖ）を供給する。電源３１は、電磁式リレー２０および負荷１３に対して直流電力（例えば、１２Ｖ）または交流電力を供給する。

（Ｂ）第１実施形態の動作の説明
つぎに、第１実施形態の動作を説明する。図３は、第１実施形態の動作を説明するタイミングチャートである。図３（Ａ）に示すようにタイミングｔ１において制御部１０に入力されているリレー制御信号がハイの状態になると、制御部１０は電流制御部１２に供給する制御信号を所定の電圧に設定する。これにより、電流制御部１２から電磁コイル２２に電流が通じる。この結果、図示しない磁芯が磁化され、接点２１がオンの状態になり、電源３１から負荷１３に電力が供給される。

電力の供給が開始されると、制御部１０は図３（Ｂ）に示すように、電磁コイル２２の温度監視を開始する（タイミングｔ２）。電磁コイル２２への電力の供給が開始されると図３（Ｃ）に示すように電磁コイル２２の温度が上昇し始める。サーミスタ１１，２３が同じ温度特性を有しているとすると、これらの温度が同じである場合には電源３０の電圧が２分された電圧が制御部１０に入力される。サーミスタ２３は、電磁コイル２２に近接されて配置され、サーミスタ２３は電磁コイル２２から離れた場所に配置されていることから、電磁コイル２２の通電が開始されてその温度が上昇すると、サーミスタ１１，２３の温度に差が生じる。例えば、サーミスタ１１，２３がともにＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）である場合には、サーミスタ２３の温度上昇によってサーミスタ２３の抵抗値が減少することから、制御部１０に入力される電圧が高くなる。また、サーミスタ１１，２３がともにＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）である場合には、サーミスタ２３の温度上昇によってサーミスタ２３の抵抗値が増加することから、制御部１０に入力される電圧が低くなる。なお、サーミスタ２３は電磁コイル２２から離れた場所に配置されるが、電磁式リレー２０の外部の環境温度に対してはサーミスタ１１と略等しく影響を受ける場所に配置される。

この結果、サーミスタ１１，２３の温度差に応じて、分圧比が変化するため、制御部１０には温度差に応じた電圧が入力される。ここで、サーミスタ１１，２３は、通電前は同じ温度（環境温度と同じ温度）であり、電磁コイル２２への通電が開始されると、サーミスタ２３の温度のみが上昇する。もちろん、車両に搭載されている場合には、エンジンの始動によってエンジンルームの温度が上昇するが、この温度上昇は、サーミスタ１１，２３の双方に対して略同じ影響を与えることから、エンジンルームの温度上昇は、分圧比には略影響しない。そして、電磁コイル２２への通電が開始されると温度が急上昇するため、サーミスタ２３の温度が上昇して分圧比が変化し、制御部１０に入力される電圧が変化する。そして、図３（Ｃ）に示すように、電磁コイル２２の温度（相対的な温度）が所定の閾値を超えた場合には、制御部１０は、電磁コイル２２への通電が安定したと判定し、電流制御部１２に供給する電圧を減少させ、これにより図３（Ｄ）に示すように、電流をＩ１からＩ２に減少させる（タイミングｔ３）。なお、電流Ｉ２は、温度が上昇した場合であっても、接点２１をオンの状態に継続的に維持できる電流（保持電流）に設定されている。電磁式リレー２０において、電磁コイル２２に定格電圧を印加した後、徐々に印加電圧を減少して接点２１が開いた状態になった時の電圧を「開放電圧」と呼ぶ。電磁コイル２２の抵抗値は温度とともに増加することから、開放電圧は電磁コイル２２の温度に応じて増加する特性となる。そこで、想定される温度範囲内における最大の開放電圧において流れる電流から保持電流を求める（例えば、最大の開放電圧において流れる電流に所定のマージンを加えた値を保持電流とする）ことができる。このような方法によれば、電流を減少させた場合であっても、想定される温度範囲内では接点２１はオンの状態を維持することができる。なお、開放電圧の温度特性は、電磁式リレー２０の特性として公開されているので、環境温度の想定範囲（上限値）と、この公開された値を参照することで、保持電流をそれぞれの電磁式リレーに応じて最適に設定することができる。

以上に説明したように、本発明の第１実施形態によれば、サーミスタ１１，２３を直列に接続し、サーミスタ２３を電磁式リレー２０の電磁コイル２２の近傍に配置するとともに、サーミスタ１１，２３の分圧比を検出し、分圧比が所定の閾値を超えた場合には、電磁コイル２２に通電されていると判定して、電磁コイル２２に流れる電流を制限するようにしたので、電力の浪費を抑えることができる。また、電磁コイル２２が発熱したり、発熱によって寿命が短くなったりすることを防止できる。さらに、接点２１がオンの状態を継続的に維持できる電流値に制限することにより、例えば、車両の振動等によって接点２１がオンの状態になることを防止できる。さらに、サーミスタ１１，２３の電圧比を求めることで温度を検出するようにしたので、絶対温度を検出する場合に比較して、回路構成を単純化することができるとともに、サーミスタ１１，２３は略等しく経年変化することから、素子の劣化による誤検出を防止することができる。

（Ｃ）第２実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。図４は本発明の第２実施形態の構成例を示す図である。なお、この図４において図１と対応する部分については同一の符号を付してその説明を省略する。図４では、図１に比較すると、サーミスタ２３と電源３０の間に半導体スイッチ４０が追加されるとともに、サーミスタ１１およびサーミスタ２３と、電磁式リレー２０および負荷１３との間にダイオード４１が追加されている。これら以外の構成は、図１の場合と同様である。ここで、半導体スイッチ４０は、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴによって構成され、ゲート端子が制御部１０に接続され、ドレイン端子が電源３０に接続され、ソース端子がサーミスタ２３に接続されている。半導体スイッチ４０は、制御部１０から供給される制御信号によってオン／オフされる。ダイオード４１は、アノード端子がサーミスタ１１およびサーミスタ２３の間に接続され、カソード端子が電磁式リレー２０および負荷１３の間に接続される。

（Ｄ）第２実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第２実施形態の動作について説明する。なお、電磁コイル２２の温度上昇を検出して、電磁コイル２２に流れる電流を制限する動作については第１実施形態の場合と同様であるので、その説明は省略する。第２実施形態では、各部が正常に動作しているか否かを判定することができる。すなわち、以下の２つについて判定することができる。

（１）電磁コイル２２に通電されている場合に、ダイオード４１のアノード端子の電圧が所定の閾値以下である場合には、接点２１がオフになっていると判定する。
（２）電磁コイル２２に通電されていない場合に、ダイオード４１のアノード端子の電圧が所定の閾値以上である場合には、負荷１３が有するヒューズ（不図示）が断線していると判定する。

まず、（１）について説明する。制御部１０が、電流制御部１２を制御して電磁コイル２２に通電したとする。このような状態において、制御部１０が、半導体スイッチ４０をオンの状態に制御すると、電源３０からサーミスタ２３，１１を介してグランドに電流が流れる。

電磁式リレー２０の接点２１が閉じている場合には、ダイオード４１のカソード端子には、電源３１の電圧が印加される。ここで、電源３１の電圧は、電源３０の電圧よりも高いので、ダイオード４１は逆バイアス状態になり、遮断した状態になる。このため、制御部１０には、サーミスタ２３，１１によって電源３０の電圧が分圧された電圧が入力される。一方、電磁式リレー２０の接点２１がオフの場合には、ダイオード４１のカソード端子が負荷１３を介して接地された状態となる。ここで、負荷１３は、抵抗値が小さいので、ダイオード４１は順バイアス状態になり、導通した状態になる。このため、制御部１０には、略０Ｖの電圧が入力される。以上より、制御部１０が、電流制御部１２により電磁コイル２２に電流を供給した場合に、ダイオード４１のノード端子の電圧が所定の閾値以下である場合には、接点２１がオンの状態になっていないと判定することができる。なお、接点２１がオンになっていないと判定した場合には（例えば、車両の振動によって接点２１が開いてしまった場合）、制御部１０は、電流制御部１２に対して、再度、制御信号を送ることによって、電力を減少させる制御の実行を保留して、電磁コイル２２に電流を供給し、接点２１をオンの状態にさせることができる。あるいは、電磁コイル２２に供給する電流を通常レベル（例えば、周囲温度が想定範囲内で、接点が閉じている状態を保持できるレベル）よりも大きく設定することにより、接点２１をオンの状態にすることができる。それでもオンにならない場合には、不具合が発生したと判定して、上位の装置（図示しないＥＣＵ）に対してその旨を通知することができる。これによりＥＣＵは、接点２１に異常が発生していることを認識し、必要に応じてユーザーに通知することができる。なお、リトライによって接点２１がオンになった場合には、電流制御部１２を制御して電流を減らすようにしてもよい。しかしながら、電流を減らしたことによって、再度、接点２１がオフになった場合には、それ以降は電流を減らす制御を実行しないようにするか、減少量を減らしてリトライするようにしてもよい。

つぎに、（２）について説明する。制御部１０が、電流制御部１２を制御して電磁コイル２２への通電を停止したとする。このような状態において、制御部１０が、半導体スイッチ４０をオンの状態に制御すると、電源３０からサーミスタ２３，１１を介してグランドに電流が流れる。

接点２１が開いている場合には、前述のように、ダイオード４１は順バイアスが印加された状態となり、導通した状態になるので、正常であれば、制御部１０には、略０Ｖの電圧が入力される。しかし、負荷１３に異常が生じた場合（例えば、負荷１３が有する図示しないヒューズが断線している場合）には、サーミスタ２３，１１によって分圧された電圧が入力される。このため、制御部１０が、電流制御部１２により電磁コイル２２に電流を供給していない場合に、ダイオード４１のノード端子の電圧が所定の閾値以上である場合には、負荷１３が異常であると判定することができる。なお、負荷１３に異常が発生していると判定した場合には、制御部１０は上位の装置（図示しないＥＣＵ）に対してその旨を通知することができる。これによりＥＣＵは、負荷１３に異常が発生していることを認識し、必要に応じてユーザーに通知することができる。

以上に説明したように、本発明の第２実施形態によれば、サーミスタ２３，１１の間と、電磁式リレー２０および負荷１３との間にダイオード４１を設けるようにしたので、接点２１が正常に動作しているか否かを判定することができる。また、接点２１がオンの状態でない場合には、リトライによって接点２１をオンの状態に再設定することができる。さらに、電磁コイル２２に通電していない場合に、負荷１３の電圧を検出することで、負荷１３が正常であるか否かを判定することができる。さらにまた、異常が発生したと判定した場合には、異常の発生を上位の装置に伝えることで、異常の発生をユーザーに伝えるとともに、部品の交換を促すことができる。

（Ｅ）第３実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第３実施形態の構成について説明する。図５は本発明の第３実施形態の構成例を示す図である。なお、この図５において図４と対応する部分については同一の符号を付してその説明を省略する。図５では、図４に比較すると、サーミスタ１１とグランドの間に新たな半導体スイッチ５０が設けられている。これ以外の構成は、図４の場合と同様である。ここで、半導体スイッチ５０は、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴによって構成され、ゲート端子が制御部１０に接続され、ドレイン端子がサーミスタ１１に接続され、ソース端子がグランドに接続されている。制御部１０が、ゲート端子に印加する電圧を制御することで、半導体スイッチ５０のオン／オフの状態を制御することができる。

（Ｆ）第３実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第３実施形態の動作について説明する。なお、電磁式リレー２０がオンの状態になった場合においてサーミスタ２３の抵抗の変化から、電磁コイル２２に流れる電流を制御する動作は第１実施形態の場合と同様であり、また、異常検出の基本的な動作は、第２実施形態と同様であるので、以下では、第１および第２実施形態と異なる部分について説明する。

第３実施形態では、負荷１３の異常の有無を判定する場合には、制御部１０は、電流制御部１２を制御して電磁コイル２２への通電を停止し、半導体スイッチ４０をオンの状態、半導体スイッチ５０をオフの状態にする。半導体スイッチ５０がオフの状態にされると、サーミスタ１１には電流が通じないため、負荷１３が異常である場合には、ダイオード４１に電流が通じないことから、ダイオード４１のアノード端子には電源３０の電圧が出力されてハイの状態になる。一方、負荷１３が正常である場合には、ダイオード４１が順バイアス状態となることから、ダイオード４１のアノード端子はローの状態になる。この結果、制御部１０は、ダイオード４１のアノード端子の論理値（ロー／ハイ）を検出することで、負荷１３の状態を判定することができる。そして、負荷１３の異常検出した場合には、制御部１０は上位の装置に対して、異常の発生を通知する。

以上に説明したように、本発明の第３実施形態によれば、サーミスタ１１とグランドとの間に半導体スイッチ５０を設けるようにしたので、負荷１３の状態を検出する際にこの半導体スイッチ５０をオフの状態にすることで、ダイオード４１のアノード端子の論理値を観測することで、簡易に判定を行うことができる。

（Ｇ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、サーミスタ２３を配置する位置については詳細に説明していないが、例えば、図６に示すような配置の態様が考えられる。例えば、図６にＡで示すようにサーミスタ２３を電磁コイル２２に接触するように配置したり、Ｂで示すようにサーミスタ２３を電磁コイル２２に接触させずに近接して配置したり、電磁コイル２２が巻回されているコアに接触するように配置したりしてもよい。これ以外にも、例えば、電磁式リレー２０が筐体に収容されている場合には、この筐体内の一部にサーミスタ２３を配置するようにしてもよい。なお、電磁コイル２２が発生する熱が伝達されやすい場所に配置することにより、温度変化を迅速に検出することができる。

また、以上の実施形態では、図７（Ａ）に示すように、サーミスタ２３とサーミスタ１１を直列に接続し、接続点から電圧を検出するようにしたが、例えば、図７（Ｂ）に示すように、サーミスタ２３とサーミスタ１１と抵抗素子６０を直列に接続し、それぞれの接続点から電圧を検出するようにしてもよい。このような構成によれば、素子値が温度依存性を持たない抵抗素子６０と、サーミスタ１１，２３との電圧比を求めることにより、相対的な温度ではなく絶対的な温度を検出することが可能になる。この結果、例えば、電磁コイル２２の温度が所定の閾値を超えた場合には、電流を制限する制御を行うことが可能になる。また、サーミスタ２３を電磁コイル２３の直近に配置し、サーミスタ１１を電磁式リレー２０の筐体内に配置するようにしてもよい。このような配置によれば、抵抗素子６０とサーミスタ１１の間の電圧を測定することで絶対的な温度を検出することができるとともに、サーミスタ１１，２３の間の電圧を測定することで電磁式リレー２０内の相対的な温度を検出することができる。もちろん、直列接続の方法は、図７（Ｂ）に示す方法だけに限定されるものではない。

また、以上の各実施形態では、電磁コイル２２の温度が上昇した場合には電磁コイル２２に流れる電流を一律に制限する（減少させる）ようにしたが、周囲温度の状況、または、電磁コイル２２の到達温度によっては、減少させる制御の実行を保留したり、減少させる電力量を通常よりも（例えば、周囲温度が想定範囲内である場合よりも）少なくするようにしたりしてもよい。図８は、環境温度と電磁コイル２２に流れる電流との関係を示す図である。この図８に一点鎖線で示すように、電磁式リレー２０がオンの状態を保持するためのオン保持電流は環境温度Ｔａの上昇に応じて大きくなる。従来においては、環境温度が高くなった場合であっても電磁式リレー２０がオンの状態を維持するために、ある程度のマージンを含めて電流値を設定していた。前述した各実施形態では、この従来の設定よりも電流の値を低めに設定することができるが、環境温度が頻度の高い環境温度の範囲を超えて高くなった場合には、電磁式リレー２０がオンの状態を維持できなくなる場合も想定される。そこで、例えば、図７（Ｂ）に示す構成（または後述する構成）を用いることで環境温度の絶対値を検出し、この温度が所定の範囲を超えた場合には、図８に二重線で示すように、電流の制限を解除して、高温環境下でも電磁式リレー２０がオンの状態を維持できる電流値に設定するようにしてもよい。なお、低減する方法としては、例えば、電流の制限を解除して、解除前と同じ電流とするか、または、図８に示すようにある程度のマージンを含めた新たな電流値を設定することができる。もちろん、これ以外の方法でもよい。

また、電磁コイル２２の温度を推定する方法としては、例えば、電磁コイル２２を定電圧制御することで、電磁コイル２２の温度の上昇幅から絶対温度を推定することができる。より詳細には、図９に示すように、電磁コイル２２を単位時間に熱量Ｑを放出する熱源と仮定し、電磁コイル２２の温度をＴｃとし、環境温度をＴａとし、電磁コイル２２から環境に対して熱抵抗Ｒｔを介して熱が放出されるモデルを想定した場合、これらの間には、以下の式（１）が成立する。

Ｔｃ−Ｔａ＝Ｒｔ×Ｑ ・・・（１）

仮に、式（１）の右辺の値が温度によらず一定であるとすると、左辺のＴｃ−Ｔａも一定になるため、電磁コイル２２の温度Ｔｃと環境温度Ｔａの差は常に一定となる。つまり、電磁コイル２２の温度は、環境温度Ｔａによって定まる。しかし、実際には、式（１）の右辺の熱抵抗Ｒｔは温度によらず一定の値であるが、電磁コイル２２を定電圧制御する場合には熱量Ｑは温度に応じて増減する。すなわち、図３（Ａ）において、リレー制御信号がハイの状態になった場合には、図２に示すトランジスタ１２２が飽和領域で動作するように、制御部１０からの信号を設定する。この結果、トランジスタ１２２がオンの状態になり、また、抵抗素子１２３の素子値は非常に小さいことから、電源３１の電圧のほとんどが電磁コイル２２に印加され、電磁コイル２２は定電圧制御の状態となる。電磁コイル２２の抵抗値をＲｃとし、また、電磁コイル２２に印加される電圧（電源３１の電圧に略等しい）をＶとすると、電磁コイル２２が発生する熱量Ｑは、Ｑ＝Ｖ^２／Ｒｃで計算される。電磁コイル２２の抵抗値Ｒｃは、温度上昇に応じて増加するので、電磁コイル２２の発熱量Ｑは温度の上昇に応じて減少する。このため、式（１）の右辺の値は温度上昇に伴って減少するので、左辺の（Ｔｃ−Ｔａ）も電磁コイル２２の温度上昇に応じて減少する。この結果、電磁コイル２２の温度Ｔｃと環境温度Ｔａの差は、環境温度Ｔａが高いほど小さくなり、低いほど大きくなる。図１０にこの様子を示す。

図１０は電磁式リレー２０の環境温度が異なる場合に、電磁コイル２２の温度上昇の時間的な変化を示している。この図に示すように、環境温度が低い場合には温度が大きく上昇し、高い場合には温度上昇は小さい。このため、図７（Ａ）に示す構成を用いた場合であっても、サーミスタ１１，２３に現れる電圧比と、前述した図１０に示すデータに基づいて、電磁コイル２２の絶対温度を推測することができる。すなわち、サーミスタ１１，２３に現れる電圧比が小さい場合には高い絶対温度であり、また、電圧比が大きい場合には低い絶対温度であると推定できる。このようにして、絶対温度を推定することで、電磁コイル２２に流れる電流をより正確に制御することができる。例えば、開放電圧の温度特性に基づいて、図３（Ｄ）に示す電流Ｉ２を設定することで、接点が閉じた状態を維持できるとともに、消費電力を減らすことができる。なお、図２の例では、トランジスタ１２２を飽和領域で動作させるようにしたが、例えば、図２の回路に対して半導体スイッチを並列に接続し、この半導体スイッチをオン／オフすることで、飽和領域で動作させる場合と同様の機能を実現するようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、電磁コイル２２の温度上昇を検出した後は、一定の電流に設定するようにしたが、オン保持電流の温度特性に基づいて、環境温度の変化に応じて保持電流を調整するようにしてもよい。具体的には、オン保持電流は、環境温度の変化に応じて増加するので、サーミスタ１１，２３によって検出された温度に基づいて、オン保持電流の値を増加するようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、図３に示すように、電磁コイル２２の温度上昇を検出した場合には電磁コイル２２に流れる電流を急激に減少させるようにしたが、急激に減少させると自己誘導によって誘導電圧が発生することがあるので、ある程度の時間（例えば、数百ミリ秒〜数秒）をかけてゆっくり減少させるようにしてもよい。また、ゆっくり減少させることによって、急激な電流の変化に基づく衝撃によって接点２１が乖離することを防止できる。

また、以上の各実施形態では、サーミスタを用いて温度を検出するようにしたが、サーミスタ以外の温度検知素子を用いるようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、２つの電源３０，３１を用いるようにしたが、これらを１つにまとめるとともに、電源３０としては降圧した電圧を供給するようにしてもよい。

また、以上の各実施形態では、電流制御部１２を用いて電磁コイル２２に通電するようにしたが、電磁コイル２２に供給される電力を調整することができれば、電流制御部１２以外の回路（例えば、電圧制御電圧源等）を用いるようにしてもよい。

１０ 制御部（判定手段、制御手段）
１１ サーミスタ（検出手段、検温素子）
１２ 電流制御部（制御手段）
１３ 負荷
２０ 電磁式リレー
２１ 接点
２２ 電磁コイル
２３ サーミスタ（検出手段、検温素子）
３０，３１ 電源
４１ ダイオード
４０，５０ 半導体スイッチ
６０ 抵抗素子

Claims (9)

1. 電磁式リレーに供給される電力を制御するリレー制御装置において、
   前記電磁式リレーの温度を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって前記電磁式リレーの温度の上昇を検出した場合には、前記電磁式リレーの電磁コイルが動作中と判定する判定手段と、
   前記判定手段によって、前記電磁式リレーが動作中と判定された場合には、前記接点が閉じている状態を継続して保持できるレベルまで前記電磁コイルに供給される電力を減少させる制御を行う制御手段と、
   を有することを特徴とするリレー制御装置。
2. 前記制御手段は、前記電磁式リレーの保持力の電流特性と温度特性に基づいて、想定される温度範囲内において、前記前記接点が閉じている状態を継続して保持できるレベルの電力を求出して用いることを特徴とする請求項１に記載のリレー制御装置。
3. 前記制御手段は、前記検出手段によって、所定以上の温度上昇が検出された場合には、前記電磁コイルに供給される電力を減少させる制御の実行を保留するか、または、減少させる電力量を少なくすることを特徴とする請求項１または２に記載のリレー制御装置。
4. 前記検出手段は、一方は前記電磁式リレーの電磁コイルの近傍に配置され、他方は前記電磁コイルから離れた場所に配置された２つの検温素子によって構成されるとともに、直列接続されたこれら２つの検温素子には電圧が印加され、
   前記判定手段は、前記２つの検温素子に現れる電圧の比によって前記電磁式リレーの温度の上昇を検出する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリレー制御装置。
5. 前記判定手段は、前記２つの検温素子に現れる電圧の比の大小によって、前記電磁式リレーの絶対温度を検出することを特徴とする請求項４に記載のリレー制御装置。
6. 前記電磁式リレーから電力が供給される負荷および前記接点の接続点と、前記２つの検温素子の接続点との間には、前者にアノードが接続され後者にカソードが接続されたダイオードが配置され、前記接点の状態および前記負荷の状態を検出することを特徴とする請求項４に記載のリレー制御装置。
7. 前記判定手段が、前記電磁式リレーが動作中に、前記接点が閉じていないことを検出した場合には、前記電磁コイルに供給される電力を減少させる制御の実行を保留するか、または、減少させる電力量を少なくすることを特徴とする請求項６に記載のリレー制御装置。
8. 前記他方の検温素子と前記グランドとの間にスイッチが配置され、このスイッチをオフの状態にして、前記負荷の状態を検出することを特徴とする請求項６に記載のリレー制御装置。
9. 前記２つの検温素子に加えて、素子値が温度依存性を有しない抵抗素子が直列に接続され、この抵抗素子との電圧の比に基づいて、前記電磁コイルの絶対温度を検出し、
   前記制御手段は、検出した絶対温度に基づいて制御を行うことを特徴とする請求項４に記載のリレー制御装置。

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