JP3942589B2 - 電磁石制御による多重接点電磁継電器 - Google Patents

電磁石制御による多重接点電磁継電器 Download PDF

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Description

本発明は、自動車等に用いられる電磁継電器に関するものであり、特に、スイッチング部の移動により固定接点部が多様な接点形態を成すように構成した多重接点電磁継電器に関するものである。
一般に自動車には多くの電気、電子装置を電源と連結するために多数のワイヤハーネスが使用されており、この中で車両の縦軸長の全体にかけて設けられるワイヤハーネスは、組立上の便宜のために中間部分が分離されて、この分離された部分の電磁継電器が制御部によるスイッチのスイッチング信号によってお互いを連結させることにより、負荷を作動させる。
この際、制御部の低電流によるスイッチング作動は、電磁継電器を通じて高電流で作動される負荷に電源を安定的に供給するようになる。
電磁継電器に複合的な接点形態を具現するために、一般型電磁継電器システムの他に多数の電磁継電器を組み合わせた多重接点電磁継電器の構成が提案されてきた(例えば、特許文献1参照)。
例えば、特許文献1に開示された、集合枠内にダブルメーク型電磁継電器とワンメーク型電磁継電器が取り付けられている多連電磁継電器(multi−connection electromagnetic relay)が挙げられる。
しかし、車両内の電気、電子装置の機能がさらに複雑になるにつれて、ボディーコントロール電子制御装置(Body Control Module以下BCMと記す)を媒介として回路構成されてきており、前記BCMは、多数のスイッチング信号を受け取りその信号値を判断して、トランジスタのオン、オフを通じて多数の電磁継電器を制御する方式に変更される趨勢にある。
例えば、従来の車両にはターンシグナルスイッチ、非常灯スイッチ、及び盗難警報機能が全てターンシグナルランプ電磁継電器に連結され、スイッチとワイヤが機械的及び電気的に複雑な構成を成していたが、最近の車両では、全てのスイッチの信号がBCMに入力されて、BCMは、入力された信号の優先順位などを判断して2つのターンシグナル電磁継電器を制御するようなこともなされている。
ここで、BCMは、車両の運転者便宜装置であって、パワーウィンドウ制御、ワイパーモータ制御、ドアロックアクチュエータ制御、盗難防止制御、及びルームランプ制御などの多様な機能を行うものであって、所定のプログラムを内装しているマイコン(Micro Computer)の他に、補助電子制御装置(LCU; Local Control Unit)との通信のための通信用電子素子等を含んでなされている。
このような与件下では、特許文献1に記載の電磁継電器構成はその適用に限界があって、近年、BCMを使用する車両に基づいて、一つの電磁継電器が多数の負荷回路との連結を行う構成構造からなる電磁継電器の開発がさらに求められているという実情である。
特開2001−185015号公報
そこで、本発明は上記従来の電磁継電器における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、スイッチング部の移動により固定接点部が多様な接点形態を成すように構成することにより、モジュール化が可能になると共に、それにより原価節減と部品の軽量化を図ることができる電磁石制御による多重接点電磁継電器を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明による電磁石制御による多重接点電磁継電器は、
(a) 統合スイッチから発生したスイッチング信号が、車両内のボディーコントロール電子制御装置(Body Control Module、以下「BCM」と記す)介して負荷に電力を供給させるために、前記BCMに受信される各々のスイッチング信号によりコイルが励磁され接点形態を成すように構成された電磁継電器において、
(b) 3つの、第1〜第3垂直部(11a−1〜11a−3)及びこの垂直部(11a−1〜11a−3)の各々の一端をこの順に水平に連結する水平部(11a−4)を有する「E」字型の鉄心(11a)、及びその鉄心(11a)の水平部(11a−4の内、前記第1と第2の垂直部を連結している部分と前記第2と第3の垂直部を連結している部分に各々巻回され、電源電圧(14)と連結されている第1及び第2の励磁コイル(11b、11c)からなる作動部(11)と、
(c) 前記作動部(11)に近接した上方に備えられて、前記第1及び第2の励磁コイル(11b、11c)の電磁気力により斥力及び引力が印加され左右にスライド移動する永久磁石(12a)及び可動接点(12b)からなるスイッチング部(12)と、
(d) 前記スイッチング部(12)に近接した上方に備えられて、左右可変式の前記スイッチング部(12)の可動接点(12b)と選択的にスイッチングされる第1〜第6の固定接点(13a−1〜13a−6)からなる固定接点部(13)とを含んで構成され、
(e) 少なくとも、前記第1の固定接点が前記第3の垂直部の略上方に、前記第2の固定接点が前記第3と第2の垂直部の中間部の略上方に、前記第3の固定接点が前記第2の垂直部の略上方に、各々備えられて、
(f) 前記第1の励磁コイルのみ、前記第2の励磁コイルのみ、及び、前記第1、第2の励磁コイルの双方が第1の方向に通電されると、各々、前記第1の固定接点のみ、前記第3の固定接点のみ、及び、前記第2と第3の固定接点のみ、が前記可動接点と閉回路をなす、ことを特徴とする。
また、さらに、
(g) 前記第4の固定接点が前記第2の垂直部の略上方に、前記第5の固定接点が前記第2と第1の垂直部の中間部の略上方に、前記第の固定接点が前記第1の垂直部の略上方に、各々備えられて、
(h) 前記第1の励磁コイルのみ、前記第2の励磁コイルのみ、及び、前記第1、第2の励磁コイルの双方が前記第1の方向と逆の方向に通電されると、各々、前記第4の固定接点のみ、前記第6の固定接点のみ、及び、前記第4と第5の固定接点のみ、が前記可動接点と閉回路をなす、ことを特徴とする。
また、上記目的を達成するためになされた本発明による電磁石制御による多重接点電磁継電器は、
(a) 統合スイッチから発生したスイッチング信号が、車両内のボディーコントロール電子制御装置(Body Control Module、以下「BCM」と記す)を介して負荷に電力を供給させるために、前記BCMに受信される各々のスイッチング信号によりコイルが励磁され接点形態を成すように構成された電磁継電器において、
(b) 3つの、第1〜第3の垂直部(11a−1〜11a−3)及びこの垂直部(11a−1〜11a−3)の各々の一端をこの順に水平に連結する水平部(11a−4)を有する「E」字型の鉄心(11a)、及びその鉄心(11a)の水平部(11a−4)の内、前記第1と第2の垂直部を連結している部分と前記第2と第3の垂直部を連結している部分に各々巻回され、電源電圧(14)と連結されている第1及び第2の励磁コイル(11b、11c)からなる作動部(11)と、
(c) 前記作動部(11)に近接した上方に備えられて、前記第1及び第2の励磁コイル(11b、11c)の電磁気力により斥力及び引力が印加され左右にスライド移動する永久磁石(12a)及び可動接点(12b)からなるスイッチング部(12)と、
(d) 前記スイッチング部(12)に近接した上方に備えられて、左右可変式の前記スイッチング部(12)の可動接点(12b)と選択的にスイッチングされる第1〜第の固定接点(13a−1〜13a−)からなる固定接点部(13)とを含んで構成され、
(i) 少なくとも、前記第1の固定接点が前記第3の垂直部の略上方に、前記第2の固定接点が前記第3と第2の垂直部の中間部の略上方から前記第3の垂直部の略上方まで延伸され、前記第3の固定接点が前記第2の垂直部の略上方から前記第3の垂直部の略上方まで延伸されて、各々備えられて、
(j) 前記第1の励磁コイルのみ、前記第2の励磁コイルのみ、及び、前記第1、第2の励磁コイルの双方が第1の方向に通電されると、各々、前記第1〜第3の固定接点のみ、前記第3の固定接点のみ、及び、前記第2と第3の固定接点のみ、が前記可動接点と閉回路をなす、ことを特徴とする。
本発明における電磁石制御による多重接点電磁継電器によれば、最大6つの電磁継電器を統合することにより、モジュール化が可能になって、それにより、原価節減と共に、共有部品(電磁石コア、励磁コイルなど)の減少による軽量化を図ることができるという効果がある。
次に、本発明に係る電磁石制御による多重接点電磁継電器を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の第1の実施例に係る電磁石制御による多重接点電磁継電器の構成を示した概略的な構成図である。
図1に示すように、電磁継電器10には、3つの垂直部11a−1〜11a−3、及びこの垂直部11a−1〜11a−3の各々の一端を水平に連結する水平部11a−4を有する「E」字型の鉄心11aと、その鉄心11aの水平部11a−4に各々巻回され統合スイッチ30と接続しているBCM20に連結されている2つの励磁コイル11b、11cとからなる作動部11が形成されている。
また、作動部11に近接した上方には、永久磁石12a及び可動接点12bからなるスイッチング部12が形成されており、スイッチング部12は、作動部11に巻回された励磁コイル11b、11cの電磁気力により斥力及び引力が印加され左右にスライド移動できるように設置されている。
また、スイッチング部12に近接した上方には、負荷(図示せず)と連結される固定接点部13が形成されて、固定接点部13は、6つの固定接点13aからなる。
6つの固定接点13aは、各々自動車の負荷と連結されて、作動部11から発生される電磁気力によりスイッチング部12がその固定接点13aの位置に選択的に配置されスイッチングされる。
一方、作動部11の励磁コイル11b、11cに電源電圧が印加されていない状態では、スイッチング部12の永久磁石12aのみの磁気力により、そのスイッチング部12の中心と作動部11の中心とが一致するように維持される。
次に、上記のような構成に基づいた、本発明による多重接点電磁継電器10のスイッチング部12に形成された可動接点12bと固定接点部13に形成された固定接点13aとの選択的なスイッチング原理について説明する。
まず、図2及び図3を参照すると、作動部11の第1の励磁コイル11bのみに電源電圧(Vcc)が印加され電源電圧14の電流が第1の励磁コイル11bに沿ってグラウンド(GND)15に流れるようになると、電流及び磁気場を用いて力の方向を設定する右手の法則であるアンペアの法則により、第1の垂直部11a−1方向に磁気場が形成され、第1の垂直部11a−1にはN極が形成されて、他の二つの垂直部11a−2、11a−3にはS極が形成される。
これにより、スイッチング部12の永久磁石12aに形成されたN極と作動部11のN極とがお互い斥力により押し出して、それによりスイッチング部12は右方向に移動するようになり、第2及び第3の垂直部11a−2、11a−3のS極との引力により停止するようになって、図のような位置を保持するようになる。
この時、スイッチング部12の可動接点12bは、固定接点部13の第1の固定接点13a−1にスイッチングされる。・・・・・・・(1)
次に、図4及び図5を参照すると、作動部11の第2の励磁コイル11cのみに電源電圧が印加され電源電圧14の電流が第2の励磁コイル11cに沿ってグラウンド15に流れるようになると、電流及び磁気場を用いて力の方向を設定するアンペアの法則により、第3の垂直部11a−3方向に磁気場が形成され、第3の垂直部11a−3にはN極が形成されて、他の二つの垂直部11a−1、11a−2にはS極が形成される。
この時、第2の励磁コイル11cの電流方向は、第1の励磁コイル11bの電流方向と反対の方向に形成されるようにすることにより、第2の励磁コイル11cによる磁気場の方向が図2と反対方向に形成されることが望ましい。
これにより、スイッチング部12の作動は前記(1)の方法とは異なって、作動部11の第2の垂直部11a−2のS極により、スイッチング部12の永久磁石12aに形成されたN極とS極がお互い引力と斥力が発生し、右方向にやや移動するようになり、これにより、スイッチング部12の可動接点12bは、固定接点部13の第3の固定接点13a−3にスイッチングされる。・・・・・・・・・・・(2)
次に、図6及び図7を参照すると、作動部11の第1の励磁コイル11b及び第2の励磁コイル11cに電源電圧が印加され電源電圧14の電流が第1の励磁コイル11b及び第2の励磁コイル11cに沿ってグラウンド15に流れるようになると、第1の垂直部11a−1及び第3の垂直部11a−3方向に磁気場が形成され、第1の垂直部11a−1及び第3の垂直部11a−3にN極が形成され、第2の垂直部11a−2にはS極が形成される。
これにより、スイッチング部12の永久磁石12aに形成されたN極と作動部11のN極とがお互い斥力により押し出すようになり、S極は引力により引っ張るようになって、それにより二つの位置の中間位置に停止するようになり、図面のような位置を保持するようになる。
この時、スイッチング部12の可動接点12bは、固定接点部13の第2の固定接点13a−2にスイッチングされる。・・・・・・・(3)
一方、作動部11の第2の垂直部11a−2にN極が形成できるよう、第1及び第2の励磁コイル11b、11cに通じる電流方向を反対方向に変更し、残りの固定接点13a−4、13a−5、13a−6に上述した原理によりスイッチングできるようにする。
図8乃至図10は、上記残りの固定接点へスイッチングする原理を示したものであって、図8は、第4の固定接点13a−4にスイッチングされることを示し、図9は、第6の固定接点13a−6にスイッチングされることを示し、図10は、第5の固定接点13a−5にスイッチングされることを示す。
即ち、二つの励磁コイル11b、11cに印加される電源電圧により、スイッチング部12は総6種類の位置に変更可能になり、これによって可動接点12bの選択された各々の位置に従い固定接点13aを設置する場合、6つの接点を独立的にスイッチングさせることができるようになる。
ここで、第1及び第2の励磁コイル11b、11cに印加される電源電圧は、図1に示したように、BCM(Body Control Module)20の内部回路により供給されて、図11に示すように、トランジスタ21がオフ(off)された状態では、OUTPUT22の出力は0V(GND)であり、トランジスタ21がオン(0n)になるとOUTPUT22はVcc−Vceの値を有する。
ここで、Vccは、電源電圧を表し、Vceは、トランジスタのコレクター部とエミッター部の電圧を表す。
また、BCM20の内部回路の構成は、この回路の他にも多様な方法が可能であり、そのようなBCM20は、統合スイッチ30から入力される信号を判断し、4つのOUTPUT22ラインにトランジスタ21のオン、オフを通じて電源電圧を供給するかラインを接地(GND)させて、電磁継電器10を制御することができるようになり、トランジスタ21のオン、オフを変更して上述のような六つの接点位置でスイッチするよう制御できるようすることも可能である。
一方、図1に示す電磁継電器10のスイッチング部12の位置は、作動部11に形成された垂直部11a−1〜11a−3の断面積及び形態、また、永久磁石12aの形状、磁化特性などにより、上記で示した位置とは少し変わることもある。
ただし、垂直部11a−1〜11a−3や永久磁石12aの構造を変形させるときに注意すべき点は、励磁コイル11b、11cに電源電圧が印加されなかった場合には、スイッチング部12が常に最初の位置に復帰できるように構成しなければならないということである。
このように構成された本発明における電磁石制御による多重接点電磁継電器は、BCM20から出力される電流を単にオン、オフする、即ち、励磁コイルに流す電流の値はゼロか一つの一定値であった。
しかしながら、電流の値がゼロの他に複数の異なる一定値のいずれかをとれるようにすると、各々に対して異なる強度の磁気場が形成され、永久磁石12aの停止位置が異なるようにできる。
従って、上記で示した6種類の固定接点よりも多くの固定接点のスイッチングを制御することができるようになる。
また、図12は、本発明における電磁石制御による多重接点電磁継電器を示した第2の実施例であり、固定接点部13を固定接点側から見た平面図である。図に示すように、第2の実施例では、固定接点部13の固定接点13a−1’、13a−2’、13a−3’を縦方向に並べて構成し、回路の得ようとする機能により接点の位置及び形状を変えて構成した例である。
これは、各々異なる長さを有する複数個の固定接点13a−1’、13a−2’、13a−3’を縦方向に平行に並べて設置し、図13に示すように、スイッチング部12の可動接点12bが横方向にスライド移動する場合、このような作動により長さの長い第1の固定接点13a−1’に最初にスイッチングされて、次には第1の固定接点13a−1’がスイッチングされていると同時に第2の固定接点13a−2’がスイッチングされる。
最後の作動により、第1及び第2の固定接点13a−1’、13a−2’と共に、第3の固定接点13a−3’が同時にスイッチングされて、これらと連結した3つの負荷が段階的且つ連続的に作動される。これは負荷が連続的に作動されるようにする構造であって、多様な構成部品に利用することができる。
尚、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
本発明の第1の実施例に係る電磁石制御による多重接点電磁継電器の構成を示した概略的な構成図である。 第1の励磁コイルに電流が印加された場合の作動状態を示した図である。 図2の作動状態の経過を示す詳細図である。 第2の励磁コイルに電流が印加された場合の作動状態を示した図である。 図4の作動状態の経過を示す詳細図である。 第1及び第2の励磁コイルに電流が印加された場合の作動状態を示した図である。 図6の作動状態の経過を示す詳細図である。 第1の垂直部がS極、第2の垂直部がN極、第3の垂直部がN極になる場合、作動されるスイッチング部の位置を示した図である。 第1の垂直部がN極、第2の垂直部がN極、第3の垂直部がS極になる場合、作動されるスイッチング部の位置を示した図である。 第1の垂直部がS極、第2の垂直部がN極、第3の垂直部がS極になる場合、作動されるスイッチング部の位置を示した図である。 BCMの内部回路の構成の一部を概略的に示した回路構成図である。 本発明の第2の実施例に係る電磁石制御による多重接点電磁継電器の固定接点部を固定接点側から見た平面図である。 図12の作動状態の経過を示す詳細図である。
符号の説明
10 電磁継電器
11 作動部
11a 鉄心
11a−1〜11a−3 垂直部
11a−4 水平部
11b 第1の励磁コイル
11c 第2の励磁コイル
12 スイッチング部
12a 永久磁石
12b 可動接点
13 固定接点部
13a−1〜13a−6、13a−1’〜13a−3’ 固定接点
14 電源電圧
15 GND
20 BCM
21 トランジスタ
30 統合スイッチ

Claims (3)

  1. (a) 統合スイッチから発生したスイッチング信号が、車両内のボディーコントロール電子制御装置(Body Control Module、以下「BCM」と記す)を介して負荷に電力を供給させるために、前記BCMに受信される各々のスイッチング信号によりコイルが励磁され接点形態を成すように構成された電磁継電器において、
    (b) 3つの、第1〜第3の垂直部(11a−1〜11a−3)及びこの垂直部(11a−1〜11a−3)の各々の一端をこの順に水平に連結する水平部(11a−4)を有する「E」字型の鉄心(11a)、及びその鉄心(11a)の水平部(11a−4)の内、前記第1と第2の垂直部を連結している部分と前記第2と第3の垂直部を連結している部分に各々巻回され、電源電圧(14)と連結されている第1及び第2の励磁コイル(11b、11c)からなる作動部(11)と、
    (c) 前記作動部(11)に近接した上方に備えられて、前記第1及び第2の励磁コイル(11b、11c)の電磁気力により斥力及び引力が印加され左右にスライド移動する永久磁石(12a)及び可動接点(12b)からなるスイッチング部(12)と、
    (d) 前記スイッチング部(12)に近接した上方に備えられて、左右可変式の前記スイッチング部(12)の可動接点(12b)と選択的にスイッチングされる第1〜第6の固定接点(13a−1〜13a−6)からなる固定接点部(13)とを含んで構成され、
    (e) 少なくとも、前記第1の固定接点が前記第3の垂直部の略上方に、前記第2の固定接点が前記第3と第2の垂直部の中間部の略上方に、前記第3の固定接点が前記第2の垂直部の略上方に、各々備えられて、
    (f) 前記第1の励磁コイルのみ、前記第2の励磁コイルのみ、及び、前記第1、第2の励磁コイルの双方が第1の方向に通電されると、各々、前記第1の固定接点のみ、前記第3の固定接点のみ、及び、前記第2と第3の固定接点のみ、が前記可動接点と閉回路をなす、
    ことを特徴とする電磁石制御による多重接点電磁継電器。
  2. (g) 前記第4の固定接点が前記第2の垂直部の略上方に、前記第5の固定接点が前記第2と第1の垂直部の中間部の略上方に、前記第の固定接点が前記第1の垂直部の略上方に、各々備えられて、
    (h) 前記第1の励磁コイルのみ、前記第2の励磁コイルのみ、及び、前記第1、第2の励磁コイルの双方が前記第1の方向と逆の方向に通電されると、各々、前記第4の固定接点のみ、前記第6の固定接点のみ、及び、前記第4と第5の固定接点のみ、が前記可動接点と閉回路をなす、
    ことを特徴とする請求項1に記載の電磁石制御による多重接点電磁継電器。
  3. (a) 統合スイッチから発生したスイッチング信号が、車両内のボディーコントロール電子制御装置(Body Control Module、以下「BCM」と記す)を介して負荷に電力を供給させるために、前記BCMに受信される各々のスイッチング信号によりコイルが励磁され接点形態を成すように構成された電磁継電器において、
    (b) 3つの、第1〜第3の垂直部(11a−1〜11a−3)及びこの垂直部(11a−1〜11a−3)の各々の一端をこの順に水平に連結する水平部(11a−4)を有する「E」字型の鉄心(11a)、及びその鉄心(11a)の水平部(11a−4)の内、前記第1と第2の垂直部を連結している部分と前記第2と第3の垂直部を連結している部分に各々巻回され、電源電圧(14)と連結されている第1及び第2の励磁コイル(11b、11c)からなる作動部(11)と、
    (c) 前記作動部(11)に近接した上方に備えられて、前記第1及び第2の励磁コイル(11b、11c)の電磁気力により斥力及び引力が印加され左右にスライド移動する永久磁石(12a)及び可動接点(12b)からなるスイッチング部(12)と、
    (d) 前記スイッチング部(12)に近接した上方に備えられて、左右可変式の前記スイッチング部(12)の可動接点(12b)と選択的にスイッチングされる第1〜第の固定接点(13a−1〜13a−)からなる固定接点部(13)とを含んで構成され、
    (i) 少なくとも、前記第1の固定接点が前記第3の垂直部の略上方に、前記第2の固定接点が前記第3と第2の垂直部の中間部の略上方から前記第3の垂直部の略上方まで延伸され、前記第3の固定接点が前記第2の垂直部の略上方から前記第3の垂直部の略上方まで延伸されて、各々備えられて、
    (j) 前記第1の励磁コイルのみ、前記第2の励磁コイルのみ、及び、前記第1、第2の励磁コイルの双方が第1の方向に通電されると、各々、前記第1〜第3の固定接点のみ、前記第3の固定接点のみ、及び、前記第2と第3の固定接点のみ、が前記可動接点と閉回路をなす、
    ことを特徴とする電磁石制御による多重接点電磁継電器。
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