JP2596052B2 - ハイブリッドリレー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、電磁石により開閉される出力用有接点機構
と半導体素子よりなるスイッチング機構とが設けられて
構成されるハイブリッドリレーに関する。

（従来技術とその問題点） 第５図は、ハイブリッドリレーの従来例の構成を示す
回路図である。

図において、符号101はハイブリッドリレーであり、
このハイブリッドリレー101が組み込まれて入力信号回
路102、負荷回路103が構成されている。104は電源、105
は入力信号生成用のスイッチであり、これらがハイブリ
ッドリレー101に接続されて入力信号回路102が構成され
ている。110は負荷、111は交流電源であり、これらがハ
イブリッドリレー101に接続されて負荷回路103が構成さ
れている。ハイブリッドリレー101内には、上記電源104
およびスイッチ105に対して直列となるように、しかも
互いが並列となるようにリレーコイル106、タイマ回路1
07、ホトトライアック（スイッチング機構）108を構成
する発光素子109のそれぞれが設けられている。112は上
記ホトトライアック108を構成する受光素子、113は上記
ホトトライアック108を構成するトライアック、114はア
ブソーバ回路、115は出力用有接点機構であり、それぞ
れは負荷110および電源111に対して直列となるように、
しかも互いが並列となるように設けられている。

次に、上記ハイブリッドリレー101の動作を説明す
る。

まず、スイッチ105がONされることにより一方ではリ
レーコイル106が励磁され、他方では発光素子109に通電
される。そしてリレーコイル106の励磁により出力用有
接点機構115が接続し、また発光素子109からの光を受光
素子112が受けて導通状態となり、これによってゲート
に電圧が印加されてトライアック113が導通状態とな
る。この時、出力用有接点機構115は機械的に動作する
のに対してホトトライアック108は電気的に動作するの
で、トライアック113が導通状態になるのが早く、した
がって、トライアック113が導通状態となって負荷回路1
03全体が通電状態となった後に出力用有接点機構115が
接続され、これにより、その接続時に出力用有接点機構
115部分におけるアークの発生が防止されるようになっ
ている。

これに対し、スイッチ105がOFFされた時は、タイマ回
路107のコンデンサ116の放電の間発光素子109の発光動
作は継続され、したがって、トライアック113の導通し
ている負荷回路103の通電状態において出力用有接点機
構115が切り離され、やはり出力用有接点機構115部分に
おけるアークの発生が防止されるようになっている。

上記のようにして出力用有接点機構115部分における
アーク発生を防止することにより、接点の摩耗を減少し
てその寿命を長期化するようにしている。

しかしながら、上記の従来品においては下記のような
問題点があった。

すなわち、通常においては、上記のようにスイッチ10
5がONされると、出力用有接点機構115より先にトライア
ック113が導通状態となるが、例えば、周囲温度が上昇
し発光素子109に直列に接続される低抗体117の抵抗値が
高くなると、発光素子109の発光量が減少し、それに伴
って受光素子112の導通が遅れ、その結果、トライアッ
ク113の導通と出力用有接点機構115の接続とのタイミン
グが逆転してしまうことになる。そして、その場合は、
出力用有接点機構115の接点の接続により負荷回路103が
通電状態となるので、接点においてアークが発生し、ハ
イヴリッドリレーの本来的な機能が損なわれる問題点が
生じた。

スイッチ105がOFFされる場合も、同様にしてホトトラ
イアック108の動作タイミングが不確かになり、負荷回
路103の通電状態において出力用有接点機構115の接点が
切り離されてアークが発生する場合が生じた。

そこで、出願人は上記の問題点を解消するハイブリッ
ドリレー（特願昭62−203326号）を開発したが、使用さ
れる他の有接点機構においてもアーク発生の問題がある
ことが判明した。

すなわち、ハイブリッドリレーとして、半導体受光素
子を用いるものでは、そのリーク電流を遮断するために
リーク電流遮断用の有接点機構を用いる場合があり、
（特願昭62−203326号の実施例に示すもの）、その有接
点機構も出力用有接点機構およびスイッチング機構作動
用の補助有接点機構を順次作動させる電磁石により作動
させるようにしている。その有接点機構接点間隔は補助
有接点機構の接点間隔よりさらに小さくされ、接続は最
初に、切り離しは最後に行われるように構成されてい
る。そして、接続時と切り離し時には、その有接点機構
において受光素子リーク電流の通電と遮断がなされる
が、リーク電流は容量が小さいので、アークの発生は回
避されるようになっている。

しかしながら、切り離し時においては、補助有接点機
構の接点が切り離されても、スイッチング機構を構成す
るトライアックが通電状態を維持している場合があり、
その場合は、負荷回路が通電状態においてリーク電流遮
断用の有接点機構の接点が切り離されることになり、ア
ークが発生してしまうものである。

この点についてさらに説明すると、トライアックは、
ゲート電圧が『０』となった後も、両端間の印加電圧が
『０』となるまでは導通状態を維持し、したがって、第
６図のグラフに示すように、ゲート電圧を『０』とする
上記補助有接点機構の接点切り離しタイミングがt₁で、
丁度印加電圧『０』のタイミングＴに一致するとトライ
アックは即座OFFするが、接点切り離しタイミングがt₂
で、印加電圧『０』のタイミングＴそれぞれの間となる
場合は、タイミングt₂から次のタイミングＴまでの期間
ｈの間はトライアックは導通しており、その間負荷回路
は通電状態に維持される。それ故に、その期間ｈに上記
リーク電流遮断用の接点機構が切り離されると、アーク
が発生するものである。

接点間隔を調整して上記のリーク電流遮断用の接点機
構におけるアークの発生を防止することも考えられる
が、他の接点機構の接点間隔との対応も行わねばなら
ず、接点間隔の微調整を行うのは技術的に困難であっ
た。

（発明の目的） 本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので
あって、半導体素子よりなるスイッチング機構の導通と
出力用有接点機構の接点接続とのタイミングが所定の順
位に守られ、出力用有接点機構の接点におけるアークの
発生が確実に防止されるハイブリッドリレーを提供する
ことを目的とするものである。

さらには、半導体素子のリーク電流を遮断するように
用いられる接点機構の接点におけるアークの発生が確実
に防止されるハイブリッドリレーを提供することを目的
とする。

（発明の構成と効果） 本発明は、このような目的を達成するために、冒頭に
記載したハイブリッドリレーにおいて、 電磁石により開閉される出力用有接点機構と半導体素
子よりなるスイッチング機構とが設けられて構成される
ハイブリッドリレーにおいて、 前記電磁石により開閉され、その接点間隔が前記出力
用有接点機構の接点間隔より小さい前記スイッチング機
構作動用の第一補助有接点機構と、 前記電磁石により開閉され、前記半導体素子に電気的
に直列に配置され、その接点間隔が前記第一補助有接点
機構の接点間隔より小さい第二補助有接点機構と、 前記電磁石に電気的に並列に配置され、前記第二補助
有接点機構の閉状態を維持する補助電磁石と、 電源OFF時に前記第二補助有接点機構の閉状態を所定
時間維持するように、前記補助電磁石に遅延動作を行な
わす遅延動作用回路と、 を備える構成とした。

この構成によれば、負荷電流投入時には、電磁石の動
作によりまず接点間隔が最も小さい第二補助有接点機
構、次に接点間隔が小さい第一補助有接点機構、最も接
点間隔が大きい出力用有接点機構の順に接点が接続さ
れ、これにより、スイッチング機構が導通状態となった
負荷回路の通電状態において出力用有接点機構が接続さ
れ、出力用有接点機構におけるアークの発生は防止され
る。

また、負荷電流遮断時には、接点間隔の最も大きい出
力用有接点機構、次に接点間隔の大きい第一補助有接点
機構、最も接点間隔の小さい第二補助有接点機構の順に
接点が切り離され、出力用有接点機構はスイッチング機
構が導通状態で負荷回路の通電状態において切り離さ
れ、出力用有接点機構におけるアークの発生は防止され
る。また、補助電磁石の遅延動作により、第二補助有接
点機構の接点は第一補助有接点機構が切り離されてスイ
ッチング機構が非導通となって負荷回路が非通電の状態
において切り離されるので、第二補助有接点機構におけ
るアークの発生も防止される。

したがって、本発明によれば、第一補助有接点機構の
働きによりスイッチング機構の導通と出力用有接点機構
の接続との順位が所定の順位に確実に守られ、常にスイ
ッチング機構が導通する負荷回路の通電状態において出
力用有接点機構の接続、切り離しがなされるので、出力
用有接点機構におけるアーク発生が防止できるようにな
った。

さらに、補助電磁石の働きにより、第一補助有接点機
構と第二有接点機構の切り離しの順位が所定の順位が確
実に守られ、常にスイッチング機構が非導通となった状
態において第二補助有接点機構の切り離しがなされるの
で、第二補助有接点機構におけるアーク発生が防止でき
るようになった。

そして、それぞれの有接点機構における接点の損傷が
少ない、長期間使用可能なハイブリッドリレーが得られ
るようになった。

（実施例の説明） 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説
明する。第１図は内部構成を示す平面図、第２図は縦断
面図である。この実施例に示すものは３相交流モータの
動作制御に使用されるハイブリッドリレーである。

これら図において、符号１はケーシングであり、ケー
シング１内は水平方向の仕切り壁2,3により上下方向に
おいて３段に仕切られており、下スペース４内にヨーク
５、鉄心６、コイル７、スプール８からなる電磁石９が
設けられ、さらにその鉄心６の端面に相対するように可
動体10が設けられている。中スペース11内には、第３図
に示すような可動ユニット12が設けられている。

可動ユニット12は基部13と長辺部14とからなるＬ型の
第１可動ブロック15と、その第１可動ブロック15の長辺
部14上に載置されて設けられる第２可動ブロック16とか
らなっている。第１可動ブロック15、第２可動ブロック
16の位置決めは、上下方向においては上記仕切り壁2,3
によってなされ、側方向においては所定間隔をおいて中
スペース11内に可動ユニット12に対して直交方向に設け
られたそれぞれのバリア壁17の端部により行われてい
る。また第１可動ブロック15,第２可動ブロック16は、
第１可動ブロック15の基部13と逆側の位置にケーシング
１間に装着されたコイルバネ18,19それぞれにより押圧
され、通常は矢印Ａ方向に付勢されている。

第１可動ブロック15の基部13の上部には、上方に突出
する棒状の目印体20が一体に設けられており、下部には
仕切り壁３を通して突出する上記可動体10の上端の操作
部21の嵌合する嵌合部22が設けられている。また基部13
の上部、さらには基部13から長辺部14にかけて合計５個
の可動接点装着開口23が設けられており、そのそれぞれ
の内部に両端を外方に突出するように可動片24がバネ25
で押圧されるようにして取り付けられている。それら可
動片24のそれぞれの折曲された両端には接点26が取り付
けられている。

第２可動ブロック16にも可動接点装着開口27が３個設
けられており、この装着開口27それぞれの内部にも両端
に接点28の取り付けられた可動片29がバネ30で押圧され
るようにして取り付けられている。第２可動ブロック16
の装着開口27それぞれは上記第１可動ブロック15の長片
部14の３個の装着開口23と同水平位置に位置し、したが
ってその内部に設けられる可動片29も対応する装着開口
23の可動片24と同水平位置に位置している。

さらに、第２可動ブロック16の第１可動ブロック15の
基部13側の上端には、鉄片装着部70が一体に設けられて
おり、この鉄片装着部70に、水平方向に鉄片71が装着さ
れている。上記鉄片装着部70と鉄片71部分には、仕切り
壁２を通して上スペース39内に突出している。

中スペース11内の可動ユニット12の両側には上記それ
ぞれの可動片24,29に対応するように、多数本の接点31
の取り付けられた固定片32が立設されている。上記の第
１可動ブロック15と第２可動ブロック16の同水平位置に
位置する装着開口23,27に装着された一対の可動片24,29
には１対の固定片32が対応する構成となっていて、それ
ら固定片32は途中が折曲部33とされ、その折曲部33の上
下位置に接点31,31がそれぞれ取り付けられている。折
曲部33を備える故に上部の接点31の方が下部の接点31よ
り対応する可動片32の近接し、したがって接点の離間状
態における接点26と接点31間の接点間隔距離D₁は接点28
と接点31間の接点間隔距離D₂より大きくなるように構成
されている。

また第１可動ブロック15の基部13の上部の装着開口23
に設けられた可動片24と固定片32の接点26と接点31間の
接点間隔距離D₃は、上記接点間隔距離D₁と接点間隔距離
D₂の中間長とされており、すなわちそれら接点間隔距離
の関係はD₂＜D₃＜D₁とされている。基部13の下部装着開
口23に設けられた可動片24と固定片31における接点26と
接点31間の接点間隔距離D₄は、上記接点間隔距離D₁とほ
ぼ等しく構成されている。

上スペース39内には、プリント基板40が設けられてお
り、このプリント基板40上には、ホトトライアックやア
ブソーバ回路等が設けられている。また上スペース39内
には、ケーシング１の下面に取り付けらて補助電磁石80
が設けられており、そのヨーク81は、上記第２可動ブロ
ック16の上部に設けた鉄片71に近接して相対するように
なっている。

ケーシング１の上面の両側には、５対の端子台41が設
けられており、第２可動ブロック16に相対する３対の端
子台41には第２可動ブロック16に相対する固定片32から
のリード体42が、それらの端子台41に隣接する１対の端
子部台41には第１可動ブロック15の基部13の下部装着開
口23に装着される可動片24に対応する固定片32からのリ
ード体42が、さらに残る１対の端子台41にはコイル７か
らのリード線が接続される。上記３対の端子台41は負荷
側への接続部となり、それらに隣接する１対の端子台41
はモニタ機構への接続部となり、残る１対の端子台41は
入力信号制御部への接続部となっている。

第４図により、上記実施例に示すものの回路構成につ
いて説明する。

図において、Ｈはハイブリッドリレーであり、このハ
イブリッドリレーＨが組み込まれて入力信号回路Ｘ、負
荷回路Ｙが構成されている。

ハイブリッドリレーＨの負荷回路Ｙに位置する側に
は、出力用有接点機構50と、アブソーバ回路57と、トラ
イアック60と、受光素子53とが、それぞれが互いに並列
に位置するように３個づつ設けられており、さらに、ア
ブソーバ回路57、トライアック60、受光素子53と直列に
位置するように受光素子53のリーク電流遮断用の第二補
助有接点機構52が設けられている。負荷回路Ｙにおい
て、58は負荷として三相交流モータ、59は交流電源であ
る。

これに対し、ハイブリッドリレーＨの入力信号回路Ｘ
に位置する側には、電磁石９と補助電磁石80とが互いに
並列となるようように設けられ、また、電磁石９と並列
に位置するように、第一補助有接点機構54と３個の発光
素子64とが互いに直列になるように設けられている。ま
た、補助電磁石80と並列に位置するように、第二制限抵
抗82と第二遅延動作用コンデンサ83とが直列に接続され
た第二遅延動作用回路84と、発光素子64と並列に位置す
るように、第一制限抵抗61と第一遅延動作用コンデンサ
62とが直列に接続された第一遅延動作用回路63とが設け
られている。入力信号回路Ｘにおいて、55は電源、56は
入力信号生成用のスイッチである。

上記のトライアック60と受光素子53と発光素子64それ
ぞれにより、ホトトライアック51（スイッチング機構）
が構成される。

そして、出力用有接点機構50を構成するのが上記接点
間隔距離D₁の接点26と接点31部分であり、第二補助有接
点機構52を構成するのが上記接点間隔距離D₂の接点28と
接点31部分であり、第一補助有接点機構54を構成するの
が上記接点間隔距離D₃の接点26と接点31部分である。

次に、上記ハイブリッドリレーＨの動作について説明
する。

（負荷電流投入時） スイッチ56がONされると、電磁石９が励磁され、可動
体10は鉄心６に引き付けられて矢印方向Ｂに回動し、操
作点21が嵌合部22に嵌合しているので第１可動ブロック
15は矢印Ｃ方向にバネ18の付勢力に抗して押圧移動さ
れ、第２可動ブロック16も第１可動ブロック15に押圧さ
れてバネ19の付勢力に抗して矢印Ｃ方向に移動する。そ
してまず最小の接点間隔距離D₂である第二補助有接点機
構52の接点28と接点31とが当接し、次に接点間隔距離D₃
の第一補助有接点機構54の接点26と接点31とが当接し、
最後に最大の接点間隔距離D₁の出力用有接点機構50の接
点26と接点31と、接点間隔距離D₄の有接点機構の接点26
と接点31とがそれぞれ当接する。

上記の第一可動ブロック15の移動により、その上部に
設けられた鉄片71は、補助電磁石80のヨーク81に当接
し、かつ、スイッチ56がONされることにより補助電磁石
80も励磁されているので、鉄片71はヨーク81に吸着され
た状態となる。

上記のように、第二補助有接点機構52が接続されると
ともに、第一補助有接点機構54の接続によりホトトライ
アック51が動作し、トライアック60が導通して負荷回路
Ｙが通電状態となり、その後出力用有接点機構50が接続
されるので、出力用有接点機構50の接点26と接点31の当
接時にアークが発生することが防止される。第二補助接
点機構52の接点26と接点31の当接により受光素子53に若
干のリーク電流は流れるが、その量は微少であるのでそ
の際にアークが発生することはない。

そして、出力用有接点機構50それぞれの接続がなされ
ることにより、対応する端子台41に接続される三相交流
モータ58の作動がなされ、また、接点間隔距離D₄の接点
機構の接点26と接点31との接続により対応する端子台41
に接続されるモニタランプ等が点灯する。また、第１可
動ブロック15の移動の状況は、目印体20により容易に外
部から確認されるようになっている。

（負荷電流遮断時） スイッチ56がOFFされると、電磁石９の励磁が解除さ
れて鉄心６の引き付け力がなくなり、可動体10の操作部
21による第１可動ブロック15の押圧力も解除される。し
たがって第１可動ブロック15と第２可動ブロック16とは
バネ18,19により押し戻される。

この時、第１可動ブロック15はスムーズに戻り移動す
るが、第二遅延動作用コンデンサ83による所定時間の放
電の間、補助電磁力80は励磁状態を維持して鉄片71はヨ
ーク81に吸着されているので、第２可動ブロック16の戻
り動作は遅れる。

この場合は、負荷電流の投入時とは逆に、最大の接点
間隔距離D₁の出力用有接点機構50の接点26と接点31と、
接点間隔距離D₄の接点機構の接点26と接点31とがまず切
り離され、次に接点間隔距離D₃の第一補助有接点機構54
の接点26と接点31とが切り離され、最後に最小の接点間
隔距離D₂である第二補助有接点機構52の接点28と接点31
とが切り離される。

上記において、出力用有接点機構50が切り離された
後、第一遅延動作用コンデンサ62による所定時間の放電
の間、発光素子64には通電が継続されるので、トライア
ック60が導通する負荷回路Ｙの通電時に出力用有接点機
構50が切り離され、その際のアーク発生は防止される。

また、最後に第二補助有接点機構52が切り離される
が、上記のように補助電磁石80の働きにより第一可動ブ
ロック16の戻り動作は、第一補助有接点機構54の切り離
しから所定時間後に行われる。したがって、第６図に示
したように、第一補助有接点機構54の切り離しタイミン
グがt₂で、ホトトライアック51が非導通になるタイミン
グが次のＴとなっても、それより後に第二補助有接点機
構52の切り離しタイミングがt₃として発生するので、ト
ライアック60が非導通状態となって負荷回路Ｙに殆ど電
流の流れない状態において第二補助有接点機構52が切り
離され、その際にもアークが発生することが確実に回避
される。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明に係り、第１図は内部構成
を示す平面図、第２図は可動ユニットの配置構成を示す
縦断面図、第３図は可動ユニットの斜視図、第４図は回
路構成図である。 第５図は従来例の回路構成図、第６図はトライアックの
動作を説明するグラフ図である。 ９……電磁石、 50……出力用有接点機構、 51……ホトトライアック（スイッチング機構）、 54……第一補助有接点機構、 52……第二補助有接点機構、 80……補助電磁石、 84……第二遅延動作用回路（遅延動作用回路）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−117518（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−137930（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−110953（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁石により開閉される出力用有接点機構
   と半導体素子よりなるスイッチング機構とが設けられて
   構成されるハイブリッドリレーにおいて、 前記電磁石により開閉され、その接点間隔が前記出力用
   有接点機構の接点間隔より小さい前記スイッチング機構
   作動用の第一補助有接点機構と、 前記電磁石により開閉され、前記半導体素子に電気的に
   直列に配置され、その接点間隔が前記第一補助有接点機
   構の接点間隔より小さい第二補助有接点機構と、 前記電磁石に電気的に並列に配置され、前記第二補助有
   接点機構の閉状態を維持する補助電磁石と、 電源OFF時に前記第二補助有接点機構の閉状態を所定時
   間維持するように、前記補助電磁石に遅延動作を行なわ
   す遅延動作用回路と、 を備えてなるハイブリッドリレー。