JP5201232B2 - タイマ - Google Patents

Description

本発明は、リレーを備えるタイマに関する。

特許文献１には、交流電源からの交流電流を整流する整流ダイオードと、整流ダイオードから出力される電流を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサにより平滑された電流が入力されるリレーコイルと、リレーコイルに入力される電流をオンまたはオフするリレー駆動用トランジスタとを備えるタイマが開示されている。特許文献１では、タイマの部品点数の削減を図っている。
特許文献１ 特許第３６６１２７２号公報

しかしながら、タイマの部品点数の更なる削減が要求されている。そこで、本発明は、リレーを備えるタイマの部品点数の更なる削減を目的とする。

本発明に係るタイマは、負荷に電力または信号を供給するか否かを切り替えるリレー部と、交流電源からの電力により動作し、リレー部のオンまたはオフを制御する制御部とを備えるタイマであって、リレー部は、交流電源からの交流電流を半波整流する半波整流回路と、半波整流回路により半波整流された脈流が入力されるＡＣリレーと、ＡＣリレーに入力される脈流をオンまたはオフするスイッチ回路とを有し、制御部は、負荷に電力または信号を供給する期間においてＡＣリレーをＰＷＭ制御すべく、スイッチ回路に駆動信号を出力する。

本発明に係るタイマの一つの態様では、半波整流回路は、平滑回路により平滑されていない脈流をＡＣリレーに入力してもよい。

本発明に係るタイマの一つの態様では、ＡＣリレーは、脈流により主磁束を発生させるリレーコイルと、主磁束により主磁束と位相がずれた従磁束を発生させる隈取コイルと、負荷と電気的に接続される固定接点と、主磁束および従磁束による吸引力により、前記固定接点と電気的に接続される可動接点とを有してもよい。

本発明に係るタイマの一つの態様では、リレーコイルと並列に接続され、リレーコイルで発生した逆起電力を吸収するダイオードをさらに備えてもよい。

本発明に係るタイマの一つの態様では、制御部は、負荷に電力または信号を供給する期間において、ＡＣリレーから出力される電流値が基準電流値に達するまでスイッチ回路をオンした後、基準オフ期間、スイッチ回路をオフするサイクルを繰り返す駆動信号を出力することで、ＡＣリレーをＰＷＭ制御してもよい。

本発明に係るタイマの一つの態様では、制御部は、交流電源の定格電圧に基づいて定められた基準電流値および基準オフ期間に基づいてＡＣリレーをＰＷＭ制御してもよい。

本発明に係るタイマの一つの態様では、制御部、制御部を保持する基板、および基板を介して制御部と電気的に接続されるリレー部を収容するケースと、リレー部および制御部に交流電源からの電力を出力する端子、およびリレー部と負荷とを電気的に接続する端子を有する外部端子とをさらに備えてもよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係るタイマの回路構成を示す図である。 本実施形態に係るタイマの内部構造を示す図である。 ＰＷＭ制御のパラメータの一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係るタイマ２００の回路構成を示す図である。タイマ２００は、いわゆるリレー内蔵型のソリッドステート・タイマであり、リレー部２０、制御部１０、ディップスイッチ３０、およびパルス発生部４０を備える。

リレー部２０は、タイマ２００に接続された負荷に電力または信号を供給するか否かを切り替える。制御部１０は、交流電源５０からの電力により動作し、リレー部２０のオンまたはオフを制御する。

制御部１０は、例えばＩＣチップであり、タイマ２００に接続された負荷に電力または信号を供給する期間においてＡＣリレー１００をＰＷＭ制御すべく、トランジスタＴＲ１に駆動信号を出力する。

リレー部２０は、直列に接続されたダイオードＤ１、ＡＣリレー１００、およびトランジスタＴＲ１を備える。さらに、リレー部２０は、ＡＣリレー１００に並列にされたダイオードＤ２を備える。ダイオードＤ１は、半波整流回路の一例であり、交流電源５０からの交流電流を単相半波整流する。ＡＣリレー１００には、ダイオードＤ１により半波整流された脈流が、平滑コンデンサなどの平滑回路を介さず直接入力される。トランジスタＴＲ１は、スイッチ回路の一例であり、ＡＣリレー１００に入力される脈流をオンまたはオフする。トランジスタＴＲ１のベースには、制御部１０からの駆動信号が、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３およびコンデンサＣ１を介して入力される。なお、抵抗Ｒ３およびコンデンサＣ１は、駆動信号を安定してトランジスタＴＲ１のベースに入力させるための素子である。ダイオードＤ２は、ＡＣリレー１００のリレーコイルと並列に接続され、リレーコイルで発生した逆起電力を吸収する。

リレー部２０は、ＡＣリレー１００から出力される電流値を検出する電流検出回路として、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ４、およびコンデンサＣ２をさらに備える。制御部１０は、抵抗Ｒ１の両端の電圧値に基づいてＡＣリレー１００から出力される電流値を算出している。

制御部１０は、タイマ２００に接続された負荷に電力または信号を供給する期間において、ＡＣリレー１００から出力される電流値が基準電流値に達するまでトランジスタＴＲ１をオンした後、基準オフ期間、トランジスタＴＲ１をオフするサイクルを繰り返す駆動信号を出力することで、ＡＣリレー１００をＰＷＭ制御する。

ディップスイッチ３０は、タイマ２００に接続された負荷に電力または信号を供給する期間を示す時間レンジおよび動作モードを設定するためのスイッチである。パルス発生部４０は、予め定められた周期のパルスを出力する。制御部１０は、パルス発生部４０が発生させたパルスをカウントするカウンタを有する。制御部１０は、ディップスイッチ３０で設定された時間レンジに応じたパルス数毎にカウントアップする。また、制御部１０は、ディップスイッチ３０で設定された動作モードに応じて、パルスのカウント数に基づいて、トランジスタＴＲ１に駆動信号を出力する期間、つまり、負荷に電力または信号を供給する期間を制御している。例えば、制御部１０は、カウントアップする前までＡＣリレー１００をオンする、つまりカウントアップする前までトランジスタＴＲ１に駆動信号を出力する第１の動作モードで動作する。または、制御部１０は、カウントアップした後にＡＣリレー１００をオフする、つまりカウントアップした後にトランジスタＴＲ１に駆動信号を出力するのを停止する第２の動作モードで動作する。あるいは、制御部１０は、第１の動作モードと第２の動作モードとを繰り返す第３の動作モードで動作する。

また、タイマ２００は、サージ吸収素子ＳＡ、抵抗Ｒ１０、ダイオードＤ１０、平滑コンデンサＣ１０、抵抗Ｒ１２、発光ダイオードＦＤ１、抵抗Ｒ１６、抵抗Ｒ１４、発光ダイオードＦＤ２、トランジスタＴＲ２、およびツェナーダイオードＤ２０を備える。

サージ吸収素子ＳＡは、サージ電流保護用の素子である。抵抗Ｒ１０、抵抗Ｒ１２、および抵抗Ｒ１４は、制御部１０を構成するＩＣチップを駆動するために必要な基準電圧まで電圧を降下させるための抵抗体である。ダイオードＤ１０は、交流電源５０からの交流電流を半波整流する整流回路である。平滑コンデンサＣ１０は、ダイオードＤ１０により半波整流された脈流を平滑する平滑回路である。発光ダイオードＦＤ１は、タイマ２００に電源が投入されていることを示す電源表示用の素子である。発光ダイオードＦＤ２は、ＡＣリレー１００が作動中、つまり、負荷にタイマ２００からの電力または信号が供給されていることを示す作動状態表示用の素子である。制御部１０は、ＡＣリレー１００に駆動信号を入力していない間は、トランジスタＴＲ２のゲートに信号を供給し、ＡＣリレー１００に駆動信号を入力している間は、トランジスタＴＲ２のゲートに信号を供給しない。これにより、ＡＣリレー１００の作動状態に応じて、発光ダイオードＦＤ２が発光する。ツェナーダイオードＤ２０は、制御部１０に交流電源からの一定の電圧を安定して供給するための素子である。

本実施形態では、ダイオードＤ１が、平滑回路により平滑されていない脈流をＡＣリレー１００に直接入力している。つまり、タイマ２００は、ダイオードＤ１とＡＣリレー１００との間に平滑回路を備えていない。平滑回路により平滑されていない脈流をリレーコイルに直接入力する場合、電流が安定していないので、リレーの可動接点が振動し、いわゆる唸りが発生する。そこで、本実施形態では、リレーとして、ＤＣリレーではなく、ＡＣリレーを使用することで、平滑回路を削除することによる弊害を抑制している。これにより、本実施形態によれば、リレーのうなりの発生を抑制し、タイマ２００の安定動作を実現しながら、タイマ２００の部品点数を削減し、かつコストを削減できる。

図２は、タイマ２００の内部構造を示す図である。タイマ２００は、電子回路１２０、および電子回路１２０と電気的に接続されたＡＣリレー１００を収容するケース１４０を備える。電子回路１２０は、制御部１０であるＩＣチップ、ＩＣチップおよび発光ダイオードなどの素子が配置された基板１２２、基板１２２と電気的に接続され、抵抗などの素子が配置された基板１２４を有する。タイマ２００は、さらに、ＡＣリレー１００および制御部１０に交流電源５０からの電力を出力する端子１３４、およびＡＣリレー１００と負荷とを電気的に接続する端子１３２を有する外部端子であるコンパチブル端子１３０を備える。

ＡＣリレー１００は、鉄心１０２、リレーコイル１０４、隈取コイル１０６、可動片１０８、可動接点１１０、固定接点１１２、およびヨーク１１４を備える。リレーコイル１０４は、ダイオードＤ１から直接入力される脈流により主磁束を発生させる。隈取コイル１０６は、主磁束により主磁束と位相がずれた従磁束を発生させる。固定接点１１２は、端子１３２を介して負荷と電気的に接続される。可動接点１１０は、主磁束よび従磁束による吸引力により、可動片１０８が鉄心１０２に接触することで、固定接点１１２と電気的に接続される。なお、上記の通り、ダイオードＤ２がリレーコイル１０４に並列に接続されている。これにより、リレーコイル１０４に入力される電流がオフした場合に、リレーコイル１０４に発生した逆起電力による誘導電流がダイオードＤ２を介してリレーコイル１０４に入力されることで、磁束が発生する。これにより、ＰＷＭ制御中において、リレーコイル１０４に入力される電流がオフしている期間にも、また、リレーコイル１０４に入力される電流が脈流の場合でも、可動接点１１０と固定接点１１２との電気的な接続を保持できる吸引力がより確実に維持される。

タイマ２００は、ケース１４０の内部にタイマ２００を構成する多数の素子を内蔵する。一方において、タイマ２００の小型化およびコスト削減が要求されており、小型のタイマ２００は、リレーの駆動用の専用の電源回路を内蔵できない。よって、タイマ２００のＩＣチップに電力を供給する電源からの電力をリレーにも供給する必要がある。また、リレーの種類によって、電源電圧の仕様は異なる。電源電圧の仕様を満たさないタイマを使用すると、そのタイマが内蔵するリレーにおいて唸り等が発生する。従って、リレーを内蔵するタイマ２００の電源電圧の仕様は、リレーの電源電圧の仕様によって制限されてしまう。このような制約をなくすべく、リレーのオン制御を、ＰＷＭ制御にすることで、使用できる電源電圧の範囲に幅を持たせることが考えられる。このようなタイマは、整流回路で整流された脈流を平滑回路で平滑した後に、平滑された電流をＤＣリレーに入力し、ＤＣリレーの駆動をＰＷＭ制御することが考えられる。しかし、平滑回路に用いられる電解コンデンサは、比較的高価であり、電源電圧の仕様によっては、大型の電解コンデンサを用いる必要がある。したがって、電解コンデンサを用いることは、タイマの小型化またはコスト削減という要求を満たさない場合がある。

以上を踏まえて、本実施形態では、リレーコイルに入力される電流を平滑する平滑回路を搭載していないタイマを提供する。ここで、平滑回路を単になくすだけでは、整流回路から出力される電流が脈流であるから、リレーコイルに安定した電流が供給できず、リレーを正常に動作できない。そこで、本実施形態では、リレーとして、ＤＣリレーではなく、隈取コイル付のＡＣリレーを用いることにした。隈取コイルは、上記の通り、リレーコイルで発生した主磁束により主磁束と位相がずれた従磁束を発生させるコイルである。このような隈取コイルを使用することで、電源からリレーコイルに安定した電流が供給できない場合でも、リレーを正常に動作させることを実現する。また、ＡＣリレーのオン制御をＰＷＭ制御することで、使用可能な電源電圧の仕様に幅も持たせることができる。よって、１つのタイマで使用できる電源電圧の幅が広くなるので、電源電圧の仕様に応じたタイマの種類を絞りこむことができる。したがって、タイマの部品を共通化でき、大量生産が実現できるので、さらなるコスト削減を実現できる。

さらに、隈取コイル付のＡＣリレーとして、汎用のＡＣリレーを採用することで、コストをさらに削減できる。しかし、汎用のＡＣリレーを採用する場合には、ＡＣリレーを安定して動作させるべく、隈取コイルの形状などを調整することでインダクタンスを調整することはできない。そこで、ＰＷＭ制御のパラメータを調整することで、ＡＣリレーの安定動作を実現してもよい。

図３は、タイマの電源電圧仕様に応じた、ＰＷＭ制御のパラメータの一例を示す図である。ＰＷＭ制御のパラメータは、タイマの電源電圧仕様に応じて予め定められている。上記の通り、制御部１０は、負荷に電力または信号を供給する期間において、ＡＣリレー１００から出力される電流値が基準電流値に達するまでトランジスタＴＲ１をオンした後、基準オフ期間、トランジスタＴＲ１をオフするサイクルを繰り返す駆動信号を出力することで、ＡＣリレー１００をＰＷＭ制御している。そこで、ＰＷＭ制御のパラメータとして、基準電流値および基準オフ期間を電源電圧仕様に応じて変更することで、ＡＣリレーの安定動作を実現してもよい。

図３には、リレーコイル仕様および隈取コイルの形状が予め定められた汎用のＡＣリレーのなかで、それぞれの電源電圧仕様において安定して動作可能なＡＣリレーが示されている。さらに、それぞれの電源電圧仕様で採用されたＡＣリレーが安定して動作できる、基準電流値および基準オフ期間が示されている。図３に示すように、例えば、基準電流値は、電源電圧が低いほど大きくしてもよい。また、基準オフ期間は、電源電圧が低いほど短くしてもよい。このように、基準電流値および基準オフ期間を電源の定格電圧に応じて予め定めておくことで、汎用のＡＣリレーを採用した場合でも、ＡＣリレーを安定させて動作させることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 制御部
２０ リレー部
３０ ディップスイッチ
４０ パルス発生部
５０ 交流電源
１００ ＡＣリレー
２００ タイマ

Claims (6)

1. 交流電源から負荷に電力を供給するか否かを切り替えるリレー部と、前記交流電源からの電力により動作し、前記リレー部のオンまたはオフを制御する制御部とを備えるタイマであって、
   前記リレー部は、
   前記交流電源からの交流電流を半波整流する半波整流回路と、
   前記半波整流回路により半波整流された脈流が入力されるＡＣリレーと、
   前記ＡＣリレーに入力される前記脈流をオンまたはオフするスイッチ回路と
   を有し、
   前記制御部は、前記交流電源から前記負荷に電力を供給する期間において前記ＡＣリレーをＰＷＭ制御すべく、前記スイッチ回路に駆動信号を出力し、
   前記ＡＣリレーは、
   前記脈流により主磁束を発生させるリレーコイルと、
   前記主磁束により前記主磁束と位相がずれた従磁束を発生させる隈取コイルと、
   前記負荷と電気的に接続される固定接点と、
   前記主磁束および前記従磁束による吸引力により、前記固定接点と電気的に接続される可動接点と
   を有する、タイマ。
2. 前記半波整流回路は、平滑回路により平滑されていない前記脈流を前記ＡＣリレーに入力する請求項１に記載のタイマ。
3. 前記リレーコイルと並列に接続され、前記リレーコイルで発生した逆起電力を吸収するダイオードをさらに備える請求項１または請求項２に記載のタイマ。
4. 前記制御部は、前記交流電源から前記負荷に電力を供給する期間において、前記ＡＣリレーから出力される電流値が基準電流値に達するまで前記スイッチ回路をオンした後、基準オフ期間、前記スイッチ回路をオフするサイクルを繰り返す前記駆動信号を出力することで、前記ＡＣリレーをＰＷＭ制御する請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のタイマ。
5. 前記制御部は、前記交流電源の定格電圧に基づいて定められた前記基準電流値および前記基準オフ期間に基づいて前記ＡＣリレーをＰＷＭ制御する請求項４に記載のタイマ。
6. 前記制御部、前記制御部を保持する基板、および前記基板を介して前記制御部と電気的に接続される前記リレー部を収容するケースと、
   前記リレー部および前記制御部に前記交流電源からの電力を出力する端子、および前記リレー部と前記負荷とを電気的に接続する端子を有する外部端子と
   をさらに備える請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のタイマ。

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