JP2016171043A - 電気回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通電経路に複数のリレーが直接接続された電気回路において、リレーの接点の偏磨耗や接触不良を抑制する。
【解決手段】直流電源（２）と、直流電源に接続される負荷（３）と、直流電源と負荷との通電経路４に直列に接続される複数のリレー（５、６）と、リレーのオン・オフを制御するコントロールユニット（８）とを備えた電気回路装置（１）において、コントロールユニットは、少なくとも１つのリレーを他のものよりも遅いタイミング（ｔ２、ｔ６、ｔ１２、ｔ１６）でオンし、遅いタイミングでオンするリレーを切り替える。また、コントロールユニットは、少なくとも１つリレーを他のものよりも早いタイミング（ｔ３、ｔ７、ｔ１１、ｔ１５）でオフし、早いタイミングでオフするリレーを切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源と負荷との間の通電経路に複数のリレーが直列に接続された電気回路装置に関する。

自動車のバッテリからスタータモータへの通電経路に２つのリレーが直列に接続され、これらのリレーをコントロールユニットにより同時にオン・オフさせるようにしたエンジンスタータ回路が公知である（例えば、特許文献１参照）。このエンジンスタータ回路では、２つのリレーが直列に接続されることにより、一方のリレーが溶着等によりオン故障（オン状態で接点が固着）した時にも、他方のリレーによって通電経路を遮断することができる。これにより、例えば、イグニッションスイッチのスタート操作が終了しているにも拘わらずスタータモータが回り続けること等が防止され、駆動回路の信頼性が向上する。

特許文献１では、上記のように２つのリレーが直接に接続された電気回路において、２つのリレーよりも下流側の電圧（即ち、通電経路における、下流側のリレーの接点とスタータモータ等の負荷との間の電圧）をモニターすることで、リレーの異常を検出することが検討されている。しかしながら、このような構成の場合、両リレーが共にオン故障して初めて異常が検出され、どちらか一方のリレーがオン故障しても異常を検出することができない。また、どちらか一方のリレーがオフ故障した場合は、異常発生を検出することは可能であるが、どちらのリレーが故障したかを検出することはできない。

特開２００１−２３６８７１号公報

そこで、図３に示される電気回路１０１のように、バッテリ１０２とスタータモータ１０３との間の通電経路１０４に設けられた２つのリレー１０５、１０６の間にモニターライン１１１を接続し、当該接続点の電圧をＥＣＵ１０８（electronic control unit）によりモニターすることで、リレーの異常を検出することが考えられる。このような構成の場合、上流側のリレー１０５がオン故障しただけで異常が検出され、上流側のリレー１０５がオフ故障した時にも異常が検出される。なお、下流側のリレー１０６がオフ故障した時は、異常は検出されないが、運転者がスタート操作を行ってもモータが駆動されないため、運転者が異常を認識することは可能である。

ところが、上記のように通電経路に複数のリレーが直接接続された電気回路では、複数のリレーに対してオンやオフの指令が同時に出力されたとしても、それぞれのリレーの応答時間に若干の差が生じ、全く同時に作動しない場合がある。また、リレーは、電流が流れている時にオン・オフを行うと、アークが発生し、接点が磨耗或いは消耗することが知られている。従って、上記のように複数のリレーのいずれかに磨耗が集中し（即ち、偏磨耗が発生し）、故障の原因になる。一方、アークが全く発生しない状態でオン・オフを行っていると、接点の表面に酸化皮膜等の不純物が滞積し、接触不良が起こり易い。

本発明は、このような背景に鑑み、通電経路に複数のリレーが直接接続された電気回路において、リレーの接点の偏磨耗や接触不良を抑制することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明は、直流電源（２）と、前記直流電源に接続される負荷（３）と、前記直流電源と前記負荷との間の通電経路（４）に直列に接続される複数のリレー（５、６）と、前記複数のリレーのオン・オフを制御するコントロールユニット（８）とを備えた電気回路装置（１）であって、前記コントロールユニットは、前記複数のリレーをオンする時に、前記複数のリレーのうちの少なくとも１つを他のものよりも遅いタイミング（ｔ２、ｔ６、ｔ１２、ｔ１６）でオンし、前記複数のリレーをオンする時に遅いタイミングでオンするリレーを切り替える構成とする。

この構成によれば、他のリレーよりも遅いタイミングでオンになり、接点に磨耗が生じ易い少なくとも１つのリレーが切り替えられるため、偏磨耗が抑制される。また、他のリレーよりも遅いタイミングでオンになり、接点の不純物がクリーニングされる少なくとも１つのリレーが切り替えられるため、接触不良が抑制される。

また、上記の発明において、前記コントロールユニットは、前記複数のリレーをオンするリレーオン制御の所定の回数毎に、又は所定の時間毎に、遅いタイミングでオンするリレーを切り替えるとよい。

この構成によれば、接点の磨耗が均等になると共に、接点が均等にクリーニングされるため、偏磨耗及び接触不良が確実に抑制される。

このような課題を解決するために、本発明は、直流電源（２）と、前記直流電源に接続される負荷（３）と、前記直流電源と前記負荷との間の通電経路（４）に直列に接続される複数のリレー（５、６）と、前記複数のリレーのオン・オフを制御するコントロールユニット（８）とを備えた電気回路装置（１）であって、前記コントロールユニットは、前記複数のリレーをオフする時に、前記複数のリレーのうちの少なくとも１つを他のものよりも早いタイミング（ｔ３、ｔ７、ｔ１１、ｔ１５）でオフし、前記複数のリレーをオフする時に早いタイミングでオフするリレーを切り替える構成とする。

この構成によれば、他のリレーよりも早いタイミングでオフになり、接点に磨耗が生じ易い少なくとも１つのリレーが切り替えられるため、偏磨耗が抑制される。また、他のリレーよりも早いタイミングでオフになり、接点の不純物がクリーニングされる少なくとも１つのリレーが切り替えられるため、接触不良が抑制される。

また、上記の発明において、前記コントロールユニットは、前記複数のリレーをオフするリレーオフ制御の所定の回数毎に、又は所定の時間毎に、早いタイミングでオフするリレーを切り替えるとよい。

この構成によれば、接点の磨耗が均等になると共に、接点が均等にクリーニングされるため、偏磨耗及び接触不良が確実に抑制される。

このように本発明によれば、電気回路の通電経路に直接接続された複数のリレーの接点の偏磨耗や接触不良を抑制することができる。

本発明に係るスタータ回路装置の概略構成図 実施例１に係るスタータ制御のオン・オフを示すタイムチャート 実施例２に係るスタータ制御のオン・オフを示すタイムチャート 本発明の課題を説明するためのスタータ回路装置の概略構成図

以下、図面を参照して、本発明の電気回路装置を自動車のスタータ回路装置１に適用した実施形態について詳細に説明する。

図１に示されるように、自動車のスタータ回路装置１は、エンジンルームに搭載された直流電源としてのバッテリ２と、バッテリ２から供給される電力により駆動され、エンジンを始動するスタータモータ３と、バッテリ２からスタータモータ３への通電経路４に直列に接続された上流側の第１スタータリレー５及び下流側の第２スタータリレー６と、自動車のイグニションスイッチ（以下、ＩＧスイッチ７と称す）がスタート操作された時に出力されるスタータ信号に基づいて両スタータリレー５、６のオン・オフを制御するＥＣＵ８とを備えている。

両スタータリレー５、６は、それぞれ内部にコイル５ａ、６ａと接点５ｂ、６ｂとを備えた周知の有接点リレーであり、いずれも常開接点（ａ接点）である。第１スタータリレー５のコイル５ａの一端は第１リレーライン９によりＥＣＵ８に接続されており、第２スタータリレー６のコイル６ａの一端は第２リレーライン１０によりＥＣＵ８に接続されている。両コイル５ａ、６ａの他端は電源ライン（図示せず）を介してバッテリ２と接続されている。

ＩＧスイッチ７は、乗員によりキーが差し込まれて、オフ位置（ＯＦＦ）からアクセサリ位置（Ａｃｃ）、オン位置（ＯＮ）、更にスタート位置（ＳＴＡ）へ順次操作され得る周知のシリンダタイプのものである。ＩＧスイッチ７がスタート位置にある時、即ちスタート操作されている時には、スタータ信号がＥＣＵ８に入力される。

また、ＥＣＵ８には、通電経路４における両スタータリレー５、６間に接続される一端１１ａを有するモニターライン１１の他端１１ｂが接続されている。モニターライン１１は、第１スタータリレー５の異常検出を行うために必要となるスタータリレー間電圧を検出するためのものである。スタータリレー間電圧とは、第１スタータリレー５の接点５ｂと第２スタータリレー６の接点６ｂとの間の通電経路４の電圧値である。

なお、モニターライン１１には、想像線で示すように、スタータモータ３の駆動を停止した際に発生する逆起電力を吸収するための抵抗器１１２が設けられてもよい。これにより、逆起電力が高圧のままＥＣＵ８に流入してＩＣ等に悪影響を及ぼすことが防止される。

ＥＣＵ８は、入力回路、ＣＰＵ、駆動回路、電源回路等から構成されている。ＥＣＵ８は、スタータ信号が入力されると（つまりスタータ信号がオフからオンになると）、両リレーライン９、１０を介して両スタータリレー５、６のそれぞれのコイル５ａ、６ａに電圧を印加してそれぞれの接点５ｂ、６ｂをオン（閉成）する。また、ＥＣＵ８は、スタータ信号の入力がなくなると（つまりスタータ信号がオンからオフになると）、両コイル５ａ、６ａへの電圧の印加を停止して両スタータリレー５、６のそれぞれの接点５ｂ、６ｂをオフ（開放）する。

ＥＣＵ８の入力回路は、各種信号を入力させ、ＣＰＵが処理可能な信号に変換してＣＰＵに出力するものであり、Ａ／Ｄ変換器や波形整形回路等を備えている。入力回路には、検出信号として、スタータ制御を行うために必要となるスタータ信号に加え、スタータリレー接点間電圧が入力される。

ＣＰＵは、入力回路を介して取り込んだ各種検出信号に基づいて、両スタータリレー５、６をオン・オフさせるための制御指令を駆動回路へ出力するものであり、内部にＲＯＭやＲＡＭを備えている。ＲＯＭには、両スタータリレー５、６のオン・オフ制御を行うためのプログラムが格納されている。また、ＣＰＵには、不揮発性メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）も備えられる。不揮発性メモリは、電源がダウンしても記憶内容を保持することができ、所定の保持電圧が供給されている場合にはデータの書き込みが可能である。

駆動回路は、ＣＰＵからの制御指令に基づいて、第１リレーライン９及び第２リレーライン１０を介して、対応する第１スタータリレー５又は第２スタータリレー６のコイル５ａ、６ａに印加する電圧を制御するものであり、例えばトランジスタ等のスイッチング素子等により構成される。

また、電源回路は、ＩＧスイッチ７がオン位置の時に、バッテリ２からバッテリ電圧Ｖｂの供給を受け、バッテリ電圧ＶｂをＥＣＵ８内の各種回路等を動作させるのに必要な所定の電圧に変換してＥＣＵ８内に供給する。

ＥＣＵ８により両スタータリレー５、６がオンにされると、通電経路４を介してバッテリ２の電圧（即ちバッテリ電圧Ｖｂ）がスタータモータ３に印加される。スタータモータ３は、バッテリ電圧Ｖｂが印加されることにより回転する公知の電磁石界磁形整流子電動機であり、エンジンをクランキングさせてエンジンを始動させる。

ここで、バッテリ２と負荷としてのスタータモータ３との間の通電経路４には、第１及び第２スタータリレー５、６が直列に接続されている。このように構成されたスタータ回路装置１では、ＥＣＵ８が両スタータリレー５、６をオンするリレーオン制御時に、最後にオンになって電流を流すことになるリレーにアークが発生して接点が磨耗する。また、ＥＣＵ８が両スタータリレー５、６をオフするリレーオフ制御時に、最初にオフになって電流を遮断するリレーにアークが発生して接点が磨耗する。また、リレーオン制御時に最後にオンになることがないリレー、及びリレーオフ制御時に最初にオフになることがないリレーには不純物が滞積する。

そこで、ＥＣＵ８は、両スタータリレー５、６をオン・オフするスタータ制御を次のように行う。

即ち、ＥＣＵ８は、スタータ信号がオフからオンになった時、第１スタータリレー５を先にオンし、所定期間（以下、優先期間と称す）遅らせて第２スタータリレー６を最後にオンするリレーオン制御と、スタータ信号がオフからオンになった時、第２スタータリレー６を先にオンし、優先期間遅らせて第１スタータリレー５を最後にオンするリレーオン制御とを切り替えながら行う。ＥＣＵ８は、リレーオン制御の所定の回数毎に、又は所定の時間毎に両リレーオン制御の切り替えを行う。リレーオン制御の回数と時間とを組み合わせてＥＣＵ８が両リレーオン制御の切り替えを行ってもよい。

また、ＥＣＵ８は、スタータ信号がオンからオフになった時、第１スタータリレー５を最初にオフし、優先期間遅らせて第２スタータリレー６を後にオフするリレーオフ制御と、スタータ信号がオンからオフになった時、第２スタータリレー６を最初にオフし、優先期間遅らせて第１スタータリレー５を後にオフするリレーオフ制御と切り替えながら行う。ＥＣＵ８は、リレーオフ制御の所定の回数毎に、又は所定の時間毎に両リレーオフ制御の切り替えを行う。リレーオフ制御の回数と時間とを組み合わせてＥＣＵ８が両リレーオフ制御の切り替えを行ってもよい。

ＥＣＵ８がリレーオン制御の切り替え及びリレーオフ制御の切り替えの一方のみを行ってもよい。この場合、切り替えが行われないリレーオン制御又はリレーオフ制御では、ＥＣＵ８は、優先期間の時間差を設けて両スタータリレー５、６をオン又はオフしてもよく、同時に両スタータリレー５、６をオン又はオフしてもよい。

図２は、実施例１に係るスタータ制御による第１及び第２スタータリレー５、６のオン・オフ状態を示すタイムチャートである。本実施例では、ＥＣＵ８がリレーオン制御の切り替え及びリレーオフ制御の切り替えをそれぞれ１回の制御毎に行っている。また、ＥＣＵ８は、リレーオン時に磨耗し易い（クリーニングされ易い）最後にオンになるリレーとリレーオフ時に磨耗し易い（クリーニングされ易い）最初にオフになるリレーとを、１セットのリレーオン制御及びリレーオフ制御の中で第１スタータリレー５と第２スタータリレー６とに振り分けている。

具体的に説明すると、ＥＣＵ８は、スタータ信号がオフからオンになった時点ｔ１において第１スタータリレー５を先にオンし、時点ｔ１よりも優先期間遅い時点ｔ２において第２スタータリレー６を最後にオンするリレーオン制御を行い、スタータ信号がオンからオフになった時点ｔ３において第１スタータリレー５を最初にオフし、時点ｔ３よりも優先期間遅い時点ｔ４において第２スタータリレー６を後にオフするリレーオフ制御を行っている。

ＥＣＵ８は、次にスタータ信号がオフからオンになった時点ｔ５においては、第２スタータリレー６を先にオンし、時点ｔ５よりも優先期間遅い時点ｔ６において第１スタータリレー５を最後にオンするリレーオン制御を行い、次にスタータ信号がオンからオフになった時点ｔ７においては、第２スタータリレー６を最初にオフし、時点ｔ７よりも優先期間遅い時点ｔ８において第１スタータリレー５を後にオフするリレーオフ制御を行っている。以上の制御をＥＣＵ８は繰り返し行う。

このように、他のリレーよりも遅いタイミングの時点ｔ２、ｔ６でオンになり、接点に磨耗が生じ易い一方で接点の不純物がクリーニングされ易いリレーが、第２スタータリレー６と第１スタータリレー５とで切り替えられることにより、第１及び第２スタータリレー５、６の偏磨耗及び接触不良が抑制される。また、他のリレーよりも早いタイミングの時点ｔ３、ｔ７でオフになり、接点に磨耗が生じ易い一方で接点の不純物がクリーニングされ易いリレーが、第１スタータリレー５と第２スタータリレー６とで切り替えられることによっても、第１及び第２スタータリレー５、６の偏磨耗及び接触不良が抑制される。

また、ＥＣＵ８が、第１及び第２スタータリレー５、６をオンするリレーオン制御の所定の回数毎に、又は所定の時間毎に、遅いタイミングの時点ｔ２、ｔ６でオンするリレーを切り替えること、並びに、第１及び第２スタータリレー５、６をオフするリレーオフ制御の所定の回数毎に、又は所定の時間毎に、早いタイミングの時点ｔ３、ｔ７でオフするリレーを切り替えることにより、接点の磨耗が均等になると共に、接点が均等にクリーニングされ、偏磨耗及び接触不良が確実に抑制される。

図３は、実施例２に係るスタータ制御による第１及び第２スタータリレー５、６のオン・オフ状態を示すタイムチャートである。本実施例においても、ＥＣＵ８がリレーオン制御の切り替え及びリレーオフ制御の切り替えをそれぞれ１回の制御毎に行っている。一方、本実施例では、ＥＣＵ８は、リレーオン時に磨耗し易い（クリーニングされ易い）最後にオンになるリレーとリレーオフ時に磨耗し易い（クリーニングされ易い）最初にオフになるリレーとを、１セットのリレーオン制御及びリレーオフ制御の中で第１、第２スタータリレー５、６の一方に集中させている。

具体的に説明すると、ＥＣＵ８は、スタータ信号がオフからオンになった時点ｔ１１において第１スタータリレー５を先にオンし、時点ｔ１１よりも優先期間遅い時点ｔ１２において第２スタータリレー６を最後にオンするリレーオン制御を行い、スタータ信号がオンからオフになった時点ｔ１３において第２スタータリレー６を最初にオフし、時点ｔ１３よりも優先期間遅い時点ｔ１４において第１スタータリレー５を後にオフするリレーオフ制御を行っている。

ＥＣＵ８は、次にスタータ信号がオフからオンになった時点ｔ１５においては、第２スタータリレー６を先にオンし、時点ｔ１５よりも優先期間遅い時点ｔ１６において第１スタータリレー５を最後にオンするリレーオン制御を行い、次にスタータ信号がオンからオフになった時点ｔ１７においては、第１スタータリレー５を最初にオフし、時点ｔ１７よりも優先期間遅い時点ｔ１８において第２スタータリレー６を後にオフするリレーオフ制御を行っている。以上の制御をＥＣＵ８は繰り返し行う。

このような制御によっても、実施例１と同様の効果を得ることができる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例として自動車のスタータ回路装置１として本発明の電気回路装置の説明を行ったが、他の負荷を駆動するための電気回路に適用することも当然に可能である。また、上記実施形態では、バッテリ２からスタータモータ３への通電経路４に２つのリレーが接続されているが、３つ以上のリレーが接続されていてもよい。３つ以上のリレーが直列に接続される場合、負荷への通電を開始する時には、他のリレーに対して優先期間遅れて最後にオンされるリレーを少なくとも１つ設定し、設定したリレーを切り替えるように制御すればよい。また、負荷への通電を遮断する時には、他のリレーに対して優先期間先行して最初にオフされるリレーを少なくとも１つ設定し、設定したリレーを切り替えるように制御すればよい。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、値など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

１ スタータ回路装置
２ バッテリ（直流電源）
３ スタータモータ（負荷）
４ 通電経路
５ 第１スタータリレー
６ 第２スタータリレー
８ ＥＣＵ（コントロールユニット）

Claims (4)

1. 直流電源と、
   前記直流電源に接続される負荷と、
   前記直流電源と前記負荷との間の通電経路に直列に接続される複数のリレーと、
   前記複数のリレーのオン・オフを制御するコントロールユニットと
   を備えた電気回路装置であって、
   前記コントロールユニットは、前記複数のリレーをオンする時に、前記複数のリレーのうちの少なくとも１つを他のものよりも遅いタイミングでオンし、前記複数のリレーをオンする時に遅いタイミングでオンするリレーを切り替えることを特徴とする電気回路装置。
2. 前記コントロールユニットは、前記複数のリレーをオンするリレーオン制御の所定の回数毎に、又は所定の時間毎に、遅いタイミングでオンするリレーを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の電気回路装置。
3. 直流電源と、
   前記直流電源に接続される負荷と、
   前記直流電源と前記負荷との間の通電経路に直列に接続される複数のリレーと、
   前記複数のリレーのオン・オフを制御するコントロールユニットと
   を備えた電気回路装置であって、
   前記コントロールユニットは、前記複数のリレーをオフする時に、前記複数のリレーのうちの少なくとも１つを他のものよりも早いタイミングでオフし、前記複数のリレーをオフする時に早いタイミングでオフするリレーを切り替えることを特徴とする電気回路装置。
4. 前記コントロールユニットは、前記複数のリレーをオフするリレーオフ制御の所定の回数毎に、又は所定の時間毎に、早いタイミングでオフするリレーを切り替えることを特徴とする請求項３に記載の電気回路装置。

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