JP6676200B1 - リレー装置及びリレー装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触状態にある可動接点及び固定接点を、接触状態に切替える際に、騒音の発生を抑制するリレー装置及びリレー装置の制御方法を提供する。【解決手段】リレー装置１は、コイル部１０と、固定接点２１と、可動接点３３と、バネ３１とを備える。コイル部１０は、通電することにより、可動接点３３を固定接点２１の方に移動させる電磁力を発生させる。バネ３１は、可動接点３３が固定接点２１から離れる方向に弾性力を付与する。駆動回路５０は、非接触状態にある固定接点２１及び可動接点３３を接触状態に切替える際、コイル部１０の電磁力が、第１時間継続して、第１電磁力になるように制御し、その後、バネ３１のバネ定数の公差範囲に基づいて段階的に大きくなるよう制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、リレー装置及びリレー装置の制御方法に関する。

従来、可動接点と、固定接点と、コイル部とを備えるリレー装置が知られている。このようなリレー装置では、コイル部に流れる電流を制御することにより、固定接点に対する可動接点の位置を制御して、固定接点及び可動接点を接触状態又は非接触状態にしている。

例えば特許文献１に記載のリレー装置は、非接触状態にある可動接点及び固定接点を、接触状態に切替える際、コイル部に流れる電流を制御して、可動接点を減速させている。特許文献１に記載のリレー装置は、可動接点を減速させることにより、可動接点が固定接点に接触する際に、可動接点が固定接点に当たることにより発生する衝撃を弱めている。特許文献１に記載のリレー装置は、可動接点が固定接点に当たることで発生する衝撃を弱めることにより、可動接点が固定接点で跳ね返り振動してしまうことを抑制している。

特開２０１８−１０７０４６号公報

ところで、上述のリレー装置では、可動接点には、バネの弾性力が付与される。バネのバネ定数は、ばらつく場合がある。バネ定数がばらつく場合、コイル部に流れる電流を制御しても、バネ定数が小さいバネの弾性力が付与される可動接点が、十分に減速されない場合がある。この場合、可動接点が固定接点に当たることにより発生する衝撃が強くなる場合がある。可動接点が固定接点に当たることで発生する衝撃が強くなると、騒音が発生する場合がある。

かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、非接触状態にある可動接点及び固定接点を、接触状態に切替える際に、騒音の発生を抑制するリレー装置及びリレー装置の制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の観点に係るリレー装置は、
固定接点と、
可動接点と、
前記可動接点が前記固定接点から離れる方向に弾性力を付与するバネと、
通電することにより、前記可動接点を前記固定接点の方に移動させる電磁力を発生させるコイル部と、
前記コイル部に流すコイル電流を制御することにより、前記電磁力を制御する駆動回路と、を備え、
前記駆動回路は、
非接触状態にある前記固定接点及び前記可動接点を接触状態に切替える際、前記電磁力が、第１時間継続して、第１電磁力になるように制御し、その後、前記電磁力が前記第１電磁力から段階的に大きくなるよう制御し、前記電磁力が前記第１電磁力から段階的に大きくなるように制御する最後の段階では、前記電磁力が前記第１電磁力よりも大きい所定の電磁力になるように制御し、
前記第１電磁力は、前記可動接点が前記固定接点と接触する接触位置に存在する際に、公差範囲の下限値のバネ定数を有する前記バネが付与する弾性力以上であり、且つ、前記可動接点が前記接触位置に存在する際に、前記公差範囲の中央値のバネ定数を有する前記バネが付与する前記弾性力よりも小さく、
前記所定の電磁力は、前記可動接点が前記接触位置に存在する際に、前記公差範囲の上限値のバネ定数を有する前記バネが付与する前記弾性力以上である。

上記課題を解決するために、第２の観点に係るリレー装置の制御方法は、
固定接点と、
可動接点と、
前記可動接点が前記固定接点から離れる方向に弾性力を付与するバネと、
通電することにより、前記可動接点を前記固定接点の方に移動させる電磁力を発生させるコイル部と、
前記コイル部に流すコイル電流を制御することにより、前記電磁力を制御する駆動回路と、を備えるリレー装置の制御方法であって、
前記駆動回路によって、非接触状態にある前記固定接点及び前記可動接点を接触状態に切替える際、前記電磁力が、第１時間継続して、第１電磁力になるように制御するステップと、
前記駆動回路によって、前記電磁力が前記第１電磁力から段階的に大きくなるよう制御するステップと、
前記駆動回路によって、前記電磁力が前記第１電磁力から段階的に大きくなるように制御する最後の段階では、前記電磁力が前記第１電磁力よりも大きい所定の電磁力になるように制御するステップと、を含み、
前記第１電磁力は、前記可動接点が前記固定接点と接触する接触位置に存在する際に、公差範囲の下限値のバネ定数を有する前記バネが付与する弾性力以上であり、且つ、前記可動接点が前記接触位置に存在する際に、前記公差範囲の中央値のバネ定数を有する前記バネが付与する前記弾性力よりも小さく、
前記所定の電磁力は、前記可動接点が前記接触位置に存在する際に、前記公差範囲の上限値のバネ定数を有する前記バネが付与する前記弾性力以上である。

第１の観点に係るリレー装置によれば、非接触状態にある可動接点及び固定接点を、接触状態に切替える際に、騒音の発生が抑制される。

第２の観点に係るリレー装置の制御方法によれば、非接触状態にある可動接点及び固定接点を、接触状態に切替える際に、騒音の発生が抑制される。

一実施形態に係るリレー装置の構成例を示すブロック図である。 図１に示すリレー装置の動作を示すタイミングチャートである。 図１に示す可動接点の速度及び可動接点の変位を示すタイミングチャートである。 図１に示すリレー装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。

［リレー装置の構成例］
図１は、一実施形態に係るリレー装置１の構成例を示すブロック図である。図１において、各機能ブロックを結ぶ実線は、電力の流れを示す。また、図１において、各機能ブロックを結ぶ破線は、制御又は通信の流れを示す。リレー装置１と、蓄電池２と、負荷機器３と、制御装置４とは、１つの装置（例えば、車両等）に組込まれてよい。

リレー装置１は、蓄電池２と負荷機器３との間に配置される。ただし、リレー装置１は、任意の装置の間に配置されてよい。リレー装置１は、制御装置４の制御に基づいて、蓄電池２と負荷機器３を電気的に接続状態又は非接続状態にする。

蓄電池２は、充電した電力を、リレー装置１を介して負荷機器３に供給可能である。負荷機器３は、リレー装置１を介して蓄電池２から供給される電力を消費する。

制御装置４は、マイクロコンピュータ（Microcomputer）を含んで構成される。制御装置４は、オン信号及びオフ信号を、リレー装置１に出力する。オン信号は、リレー装置１に、リレー装置１に接続された装置（蓄電池２及び負荷機器３）を電気的に接続状態にさせる信号である。オフ信号は、リレー装置１に接続された装置（蓄電池２及び負荷機器３）を電気的に非接続状態にさせる信号である。

リレー装置１は、コイル部１０と、端子板２０と、固定接点２１と、端子板３０と、バネ３１と、可動片３２と、可動接点３３と、ストッパ４０と、駆動回路５０とを備える。固定接点２１及び可動接点３３は、合わせて「接点部」ともいう。

コイル部１０は、通電することにより、可動接点３３を固定接点２１の方に移動させる電磁力を発生させる。例えば、コイル部１０は、可動接点３３を接近方向Ａに移動させる電磁力を発生させる。接近方向Ａは、可動接点３３が固定接点２１に接近する方向である。

コイル部１０は、コイル１１を含んで構成される。コイル部１０は、コイル１１の他、ボビン、固定子及び継鉄等を含んで構成されてよい。ボビンは、樹脂材料で形成されてよい。固定子及び継鉄は、磁性材料で形成されてよい。

コイル１１は、導線であってよい。コイル１１は、ボビンに巻回されてよい。コイル１１の内部には、固定子が挿入されてよい。コイル１１の両端は、駆動回路５０に接続されてよい。コイル１１には、駆動回路５０によって電流が流される。コイル１１が通電することにより、固定子及び継鉄等を通る磁路が形成される。当該磁路が形成されることにより、可動接点３３を、接近方向Ａに移動させる電磁力が発生する。

端子板２０は、導電性材料で形成されてよい。端子板２０の一端は、負荷機器３に接続される。端子板２０の他端には、固定接点２１が設けられる。

固定接点２１は、導電性材料で形成されてよい。固定接点２１は、端子板２０と一体に形成されてよい。固定接点２１は、可動接点３３に対向する位置に、設けられる。

端子板３０は、導電性材料で形成されてよい。端子板３０の一端は、蓄電池２に接続される。端子板３０の他端は、可動片３２に接続される。

バネ３１は、コイルバネであってよい。ただし、バネ３１は、コイルバネに限定されない。例えば、バネ３１は、板バネであってよい。

バネ３１の一端は、可動片３２に接続される。バネ３１の他端は、リレー装置１の筐体等に接続される。バネ３１は、可動接点３３に対して離反方向Ｂに弾性力を付与する。離反方向Ｂは、可動接点３３が固定接点２１から離れる方向である。

バネ３１の弾性力の大きさは、バネ３１のバネ定数の大きさ等に依拠し得る。例えば、弾性力Ｆ１は、以下の式（１）によって表される。

Ｆ１＝ｋ×（Ｃ−ｘ） 式（１）

式（１）において、バネ定数ｋは、バネ３１のバネ定数である。変位ｘは、固定接点２１からの可動接点３３の変位である。定数Ｃは、バネ３１に負荷が加えられていないときのバネ３１の長さ（自然長）等に基づいて決定される要素である。なお、定数Ｃは、距離Ｄよりも長い。距離Ｄは、固定接点２１からストッパ４０までの距離である。

バネ３１の弾性力は、バネ３１のバネ定数が大きいほど、大きくなり得る。バネ３１の弾性力は、バネ３１のバネ定数が小さいほど、小さくなり得る。本実施形態では、バネ３１のバネ定数は、公差範囲内の値をとる。

以下、公差範囲の下限値のバネ定数を有するバネ３１は、「バネ３１Ｌ」とも記載する。また、公差範囲の上限値と下限値を除く所定値のバネ定数を有するバネ３１は、「バネ３１Ｍ」とも記載する。なお、この所定値は、限定ではないが、公差範囲の中央値であってよい。また、公差範囲の上限値のバネ定数を有するバネ３１は、「バネ３１Ｕ」とも記載する。

可動片３２は、導電性材料で形成されてよい。可動片３２は、端子板３０に対して可動である。可動片３２の一端は、端子板３０に接続される。可動片３２の他端には、可動接点３３が設けられる。

可動接点３３は、導電性材料で形成されてよい。可動接点３３は、可動片３２と一体に形成されてよい。可動接点３３と固定接点２１は、接触状態又は非接触状態になる。

例えば、可動接点３３は、コイル部１０が発生する電磁力がバネ３１の弾性力よりも大きいとき、接近方向Ａ（すなわち、可動接点３３が固定接点２１に接近する方向）に移動する。可動接点３３は、接近方向Ａに移動することにより、固定接点２１と接触する。可動接点３３が固定接点２１と接触する位置は、「接触位置」という。可動接点３３と固定接点２１とが接触状態にあるとき、蓄電池２と負荷機器３は、電気的に接続状態となる。

例えば、可動接点３３は、コイル部１０が発生する電磁力がバネ３１の弾性力よりも小さいとき、離反方向Ｂ（すなわち、可動接点３３が固定接点２１から離れる方向）に移動する。可動接点３３は、離反方向Ｂに移動することにより、固定接点２１と非接触状態になる。可動接点３３と固定接点２１とが非接触状態にあるとき、蓄電池２と負荷機器３は、電気的に非接続状態となる。なお、可動接点３３は、離反方向Ｂに移動し続けることにより、ストッパ４０に当接し得る。換言すると、可動接点３３は、全開位置Ｐでストッパ４０による移動の規制を受ける。

以下、バネ３１Ｌの弾性力が付与される可動接点３３は、「可動接点３３Ｌ」とも記載する。また、バネ３１Ｍの弾性力が付与される可動接点３３は、「可動接点３３Ｍ」とも記載する。また、バネ３１Ｕの弾性力が付与される可動接点３３は、「可動接点３３Ｕ」とも記載する。

ストッパ４０は、金属製部材で構成されてよい。ただし、ストッパ４０の材質は、特に限定されない。ストッパ４０は、可動接点３３の離反方向Ｂへの移動を規制する。ストッパ４０には、可動接点３３と固定接点２１とが非接触状態にあるとき、可動接点３３が当接し得る。ストッパ４０は、可動接点３３が当接することにより、固定接点２１に対する可動接点３３の全開位置Ｐを規定する。なお、例えばリレー装置１がストッパ４０を備えない場合、他の部材によって、固定接点２１に対する可動接点３３の全開位置Ｐが規定されてよい。

駆動回路５０は、制御装置４の制御に基づいて、コイル部１０を通電状態又は非通電状態に切替える。駆動回路５０は、生成部５１と、記憶部５２と、制御部５３とを有する。

生成部５１は、コイル部１０のコイル１１に電気的に接続される。生成部５１は、スイッチング素子等を含んで構成される。生成部５１は、制御部５３の制御に基づいて、コイル電流を生成する。コイル電流は、コイル部１０に流す電流すなわちコイル１１に流す電流である。本実施形態では、生成部５１は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御に基づいて、コイル電流を生成するものとする。本実施形態では、生成部５１のスイッチング素子に、制御部５３からのＰＷＭ信号が入力される。生成部５１のスイッチング素子は、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて、オン／オフにスイッチングする。生成部５１のスイッチング素子が、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じてスイッチングすることにより、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じたコイル電流が生成される。

以下、「ＰＷＭ信号の周期」は、生成部５１のスイッチング素子をオンにする期間と、生成部５１のスイッチング素子をオフにする期間との和であるものとする。また、「ＰＷＭのデューティ比」は、生成部５１のスイッチング素子をオンにする期間を、ＰＷＭ信号の周期で除算したものとする。この場合、ＰＷＭ信号のデューティ比が大きいほど、生成部５１のスイッチング素子がオンする期間が長くなるため、コイル電流が増加する。つまり、ＰＷＭ信号のデューティ比が大きいほど、コイル電流が増加して、コイル部１０の電磁力が大きくなる。また、ＰＷＭ信号のデューティ比が小さいほど、生成部５１のスイッチング素子がオフする時間が短くなるため、コイル電流が低下する。つまり、ＰＷＭ信号のデューティ比が小さいほど、コイル電流が低下して、コイル部１０の電磁力が小さくなる。

記憶部５２は、制御部５３に接続される。記憶部５２は、制御部５３から取得した情報を格納する。記憶部５２は、制御部５３のワーキングメモリとして機能してよい。記憶部５２は、制御部５３で実行されるプログラムを格納してよい。記憶部５２は、半導体メモリで構成されてよい。記憶部５２は、半導体メモリに限定されず、磁気記憶媒体で構成されてよいし、他の記憶媒体で構成されてよい。記憶部５２は、制御部５３の一部として制御部５３に含まれてよい。

制御部５３は、リレー装置１の各構成部を制御する。制御部５３は、例えば、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサで構成されてよい。制御部５３は、例えば、記憶部５２に格納されているプログラムを読み込み、各種プログラムを実行する。

制御部５３は、制御装置４から、オフ信号を取得し得る。制御部５３は、オフ信号を取得すると、接触状態にある固定接点２１及び可動接点３３を、非接触状態に切替える。この切替えの際、制御部５３は、生成部５１に出力するＰＷＭ信号のデューティ比を下げることにより、コイル電流を低下させる。制御部５３は、コイル電流を低下させることにより、コイル部１０に発生させる電磁力を、バネ３１の弾性力よりも、小さくする。コイル部１０の電磁力がバネ３１の弾性力よりも小さくなることにより、可動接点３３は、離反方向Ｂに移動する。可動接点３３が離反方向Ｂに移動することにより、固定接点２１及び可動接点３３は、非接触状態になる。可動接点３３は、離反方向Ｂに移動し続けることにより、全開位置Ｐに到達する。制御部５３は、可動接点３３が全開位置Ｐに到達すると、ＰＷＭ信号のデューティ比を０％に維持する。制御部５３は、ＰＷＭ信号のデューティ比を０％に維持することにより、生成部５１のスイッチング素子をオフ状態に維持する。制御部５３は、生成部５１のスイッチング素子をオフ状態に維持することにより、固定接点２１及び可動接点３３を非接触状態に維持する。

図２に、図１に示すリレー装置１の動作を示すタイミングチャートを示す。図２に示す時刻ｔ０で、固定接点２１及び可動接点３３は、非接触状態になっている。図２に示す時刻ｔ０で、制御部５３は、ＰＷＭ信号のデューティ比を０％に維持することにより、生成部５１のスイッチング素子をオフ状態に維持している。

図３に、可動接点３３の速度及び変位を示すタイミングチャートを示す。図３には、図１に示す接近方向Ａに移動し易い（離反方向Ｂに移動しにくい）可動接点３３の例として、バネ３１Ｌの弾性力が付与される可動接点３３Ｌの速度及び変位を示す。また、図３には、図１に示す離反方向Ｂに移動し易い（接近方向Ａに移動しにくい）可動接点３３の例として、バネ３１Ｕの弾性力が付与される可動接点３３Ｕの速度及び変位を示す。また、図３には、参考として、バネ３１Ｍの弾性力が付与される可動接点３３Ｍの速度及び変位を示す。なお、図３に示す可動接点３３の変位は、図１に示す固定接点２１からの変位ｘを示す。図３に示す時刻ｔ０では、可動接点３３Ｌ，３３Ｍ，３３Ｕの何れも、全開位置Ｐに存在する。そのため、図３に示す時刻ｔ０では、可動接点３３Ｌ，３３Ｍ，３３Ｕの何れの変位もＤである。また、可動接点３３が全開位置Ｐにあるとき、可動接点３３の動きは、ストッパ４０によって阻止される。そのため、図３に示す時刻ｔ０では、可動接点３３Ｌ，３３Ｍ，３３Ｕの何れの速度も０である。

制御部５３は、制御装置４から、オン信号を取得し得る。制御部５３は、オン信号を取得すると、非接触状態にある固定接点２１及び可動接点３３を、接触状態に切替える。この切替えの際、制御部５３は、コイル部１０に発生させる電磁力が、バネ３１のバネ定数の公差範囲に基づいて段階的に大きくなるよう制御する。制御部５３は、最初の段階では、コイル部１０に発生させる電磁力が、第１時間継続して、第１電磁力になるように制御する。具体的には、制御部５３は、第１時間継続して、第１電磁力に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を、生成部５１に出力する。第１電磁力は、可動接点３３Ｌが接触位置に存在する際に、バネ３１Ｌが付与する弾性力以上であり、且つ、可動接点３３Ｍが接触位置に存在する際に、バネ３１Ｍが付与する前記弾性力よりも小さくなるように設定されてよい。例えば、第１電磁力は、上述の式（１）において、バネ定数ｋに公差範囲の下限値を代入し、且つ、距離ｘに０を代入することにより、算出される弾性力Ｆ１以上に設定される。且つ、第１電磁力は、上述の式（１）において、バネ定数に公差範囲の所定値を代入し、且つ距離ｘに０を代入することにより、算出される弾性力よりも小さくなるように設定される。また、第１時間は、バネ３１Ｌの弾性力が付与される可動接点３３Ｌが、固定接点２１の方に移動し始めてから、固定接点２１に到達するまでに掛かる時間以上であってよい。第１時間は、実験的に求められてよい。なお、第１時間は、コイル部１０が通電してから電磁力を発生させるまでに時間がかかるため、後述の第２時間及び第３時間よりも長くてよい。このような構成とすることで、最初の段階では、可動接点３３Ｌが固定接点２１に到達し得る。

図２に示す例では、時刻ｔ１で、制御部５３は、制御装置４から、オン信号を取得し得る。時刻ｔ１で、制御部５３は、最初の段階の制御を開始する。制御部５３は、時刻ｔ１から第１時間Ｔ１継続して、コイル部１０の電磁力が第１電磁力になるように制御する。例えば、制御部５３は、第１時間Ｔ１継続して、ＰＷＭ信号のデューティ比を８０％にする。図２に示す例では、デューティ比の８０％は、第１電磁力に応じたデューティ比である。ＰＷＭ信号のデューティ比が８０％に上がると、コイル電流が増加して、コイル部１０の電磁力が第１電磁力になる。コイル部１０の電磁力が第１電磁力になることにより、図３に示すように、時刻ｔ１以降、可動接点３３Ｌの速度は、比較的緩やかに増加する。すなわち、可動接点３３Ｌが加速する。その後、可動接点３３Ｌが接近方向Ａに向って変位するに従って、バネ３１Ｌの弾性力が増加する。そのため、可動接点３３Ｌの加速が低下する。さらに、図３に示すように、時刻ｔ１１で、可動接点３３Ｌの変位は、０となる。つまり、時刻ｔ１１で、可動接点３３Ｌは、比較的、低速度で固定接点２１に当たり得る。このように、時刻ｔ１１で、可動接点３３Ｌが低速度で固定接点２１に当たることにより、可動接点３３Ｌが固定接点２１に当たることで発生する衝撃が弱められ得る。可動接点３３Ｌが固定接点２１に当たることで発生する衝撃が弱められることにより、騒音が発生することが抑制され得る。なお、時刻ｔ１１以降、可動接点３３Ｌは、固定接点２１と接触状態になる。そのため、時刻ｔ１１以降、可動接点３３Ｌの速度は０となる。なお、可動接点３３Ｌが接触位置に存在する際に、バネ３１Ｌが付与する弾性力と、第１電磁力が釣り合う関係にあれば、可動接点３３Ｌが固定接点２１に当たる際の衝撃は、より小さくなる。

なお、図３に示す時刻ｔ１１で、可動接点３３Ｍ，３３Ｕの何れも、全開位置Ｐに存在している。ただし、第１電磁力が、可動接点３３Ｍ，３３Ｕが全開位置Ｐに存在する際に、バネ３１Ｍ，３１Ｕが付与する弾性力よりも大きければ、可動接点３３Ｍ，３３Ｕは、全開位置Ｐから離れ得る。この場合、第１時間において、可動接点３３Ｍ，３３Ｕは、全開位置Ｐから離れて、接触位置には至らない位置に存在してよい。

制御部５３は、最初の段階に続く、次の段階では、コイル部１０に発生させる電磁力が、第２時間継続して、第１電磁力よりも大きい第２電磁力になるように制御する。具体的には、制御部５３は、第２時間継続して、第２電磁力に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を、生成部５１に出力する。第２電磁力は、可動接点３３Ｍが接触位置に存在する際に、バネ３１Ｍが付与する弾性力以上であり、且つ、可動接点３３Ｕが接触位置に存在する際に、バネ３１Ｕが付与する前記弾性力よりも小さくなるように設定されてよい。例えば、第２電磁力は、上述の式（１）において、バネ定数ｋに公差範囲の所定値を代入し、且つ、距離ｘに０を代入することにより、算出される弾性力Ｆ１以上に設定される。且つ、第２電磁力は、上述の式（１）において、バネ定数ｋに公差範囲の上限値を代入し、且つ、距離ｘに０を代入することにより、算出される弾性力Ｆ１よりも小さくなるように設定される。また、第２時間は、所定値のバネ定数を有するバネ３１Ｍの弾性力が付与される可動接点３３Ｍが、例えば第２時間の開始後に、固定接点２１に到達するまでに掛かる時間以上であってよい。第２時間は、実験的に求められてよい。このような構成とすることで、次の段階では、可動接点３３Ｍが固定接点２１に到達し得る。

図２に示す例では、時刻ｔ２が、最初の段階が終了した時点である。制御部５３は、時刻ｔ２から第２時間Ｔ２継続して、コイル部１０の電磁力が第１電磁力よりも大きい第２電磁力になるように制御する。例えば、制御部５３は、第２時間Ｔ２継続して、ＰＷＭ信号のデューティ比を８５％にする。図２に示す例では、デューティ比の８５％は、第２電磁力に応じたデューティ比である。ＰＷＭ信号のデューティ比が８５％に上がると、コイル電流が増加して、コイル部１０の電磁力が第２電磁力になる。コイル部１０の電磁力が第２電磁力になることにより、図３に示すように、時刻ｔ２以降、可動接点３３Ｍの速度は、比較的緩やかに増加する。すなわち、可動接点３３Ｍが加速する。その後、可動接点３３Ｍが接近方向に向って変位するに従って、バネ３１Ｍの弾性力が増加する。そのため、可動接点３３Ｍの加速が低下する。さらに、時刻ｔ２１で、可動接点３３Ｍの変位は、０となる。つまり、時刻ｔ２１で、可動接点３３Ｍは、比較的、低速度で固定接点２１に当たり得る。時刻ｔ２１で、可動接点３３Ｍが低速度で固定接点２１に当たることにより、可動接点３３Ｍが固定接点２１に当たることで発生する衝撃が弱められ得る。可動接点３３Ｍが固定接点２１に当たることで発生する衝撃が弱められることにより、騒音が発生することが抑制され得る。なお、時刻ｔ２１以降、可動接点３３Ｍは、固定接点２１と接触状態になる。そのため、時刻ｔ２１以降、可動接点３３Ｍの速度は０となる。なお、可動接点３３Ｍが接触位置に存在する際に、バネ３１Ｍが付与する弾性力と、第１電磁力が釣り合う関係にあれば、可動接点３３Ｍが固定接点２１に当たる際の衝撃は、より小さくなる。

なお、図３に示す時刻ｔ２１で、可動接点３３Ｕが全開位置Ｐに存在している。ただし、第２電磁力が、可動接点３３Ｕが全開位置Ｐに存在する際にバネ３１Ｕが付与する弾性力よりも大きければ、可動接点３３Ｕは、全開位置Ｐから離れ得る。この場合、第２時間において、可動接点３３Ｕは、全開位置Ｐから離れて、接触位置には至らない位置に存在してよい。

制御部５３は、第２時間が経過した後、最後の段階では、コイル部１０に発生させる電磁力が、第３時間継続して、第１電磁力及び第２電磁力よりも大きい第３電磁力になるように制御する。具体的には、制御部５３は、第３時間継続して、第３電磁力に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を、生成部５１に出力する。第３電磁力は、可動接点３３Ｕが接触位置に存在する際に、バネ３１Ｕが付与する弾性力以上に設定されてよい。例えば、第３電磁力は、上述の式（１）において、バネ定数ｋに公差範囲の上限値を代入し、且つ、距離ｘに０を代入することにより、算出される弾性力Ｆ１以上に設定される。また、第３時間は、公差範囲の上限値のバネ定数を有するバネ３１Ｕの弾性力が付与される可動接点３３Ｕが、例えば第３時間の開始後に、固定接点２１に到達するまでに掛かる時間以上であってよい。第３時間は、実験的に求められてよい。このような構成とすることで、最後の段階では、可動接点３３Ｕが固定接点２１に到達し得る。

図２に示す例では、時刻ｔ３で、制御部５３は、最後の段階の制御を開始する。制御部５３は、時刻ｔ３から第３時間Ｔ３継続して、コイル部１０の電磁力が第３電磁力になるように制御する。例えば、制御部５３は、第３時間Ｔ３継続して、ＰＷＭ信号のデューティ比を９０％にする。図２に示す例では、デューティ比の９０％は、第３電磁力に応じたデューティ比である。ＰＷＭ信号のデューティ比が９０％に上がると、コイル電流が増加して、コイル部１０の電磁力が第３電磁力になる。コイル部１０の電磁力が第３電磁力になることにより、図３に示すように、時刻ｔ３以降、可動接点３３Ｕの速度は、比較的緩やかに増加する。すなわち、可動接点３３Ｕが加速する。その後、可動接点３３Ｕが接近方向に向って変位するに従って、バネ３１Ｕの弾性力が増加する。そのため、可動接点３３Ｕの加速が低下する。さらに、時刻ｔ３１で、可動接点３３Ｕの変位は、０となり得る。つまり、時刻ｔ３１で、可動接点３３Ｕは、比較的、低速度で固定接点２１に当たり得る。時刻ｔ３１で、可動接点３３Ｕが低速度で固定接点２１に当たることにより、可動接点３３Ｕが固定接点２１に当たることで発生する衝撃が弱められ得る。可動接点３３Ｕが固定接点２１に当たることで発生する衝撃が弱められることにより、騒音が発生することが抑制され得る。なお、可動接点３３Ｕが接触位置に存在する際に、バネ３１Ｕが付与する弾性力と、第１電磁力が釣り合う関係にあれば、可動接点３３Ｕが固定接点２１に当たる際の衝撃は、より小さくなる。

このような構成により、バネ３１が、公差範囲の何れのバネ定数を有する場合であっても、図２に示す時刻ｔ４までに、バネ３１の可動接点３３は、固定接点２１に到達し得る。また、コイル部１０の電磁力が段階的に大きくなることにより、バネ３１が公差範囲の何れのバネ定数を有する場合であっても、可動接点３３が固定接点２１に当たることにより発生する衝撃が弱められて、騒音が発生することが抑制され得る。

なお、非接触状態にある固定接点２１及び可動接点３３を、接触状態に切替える際にかける時間は、リレー装置１において規定された、リレー装置１に接続された装置を電気的に接続状態にさせる際の動作時間と同程度であってよい。例えば、図２に示す時刻ｔ１から時刻ｔ４までの時間Ｔｔは、リレー装置１において規定された、図１に示す蓄電池２と負荷機器３とを電気的に接続状態にさせる際の動作時間と同程度であってよい。この場合、第１時間、第２時間及び第３時間は、規定された動作時間に基づいて、適宜調整されてよい。また、第１時間と第２時間との間に、第１電磁力よりも大きく、第２電磁力よりも小さい電磁力を発生させる時間帯を設ける等、より多段階に電磁力を増加させるようにしてもよい。すなわち、第１時間と第３時間との間には、第２時間のみに限られず、適宜段階的に電磁力を増加させるようにしてもよい。

制御部５３は、固定接点２１及び可動接点３３を接触状態に切替えると、ＰＷＭ信号のデューティ比を１００％に維持することにより、生成部５１のスイッチング素子をオン状態に維持する。制御部５３は、生成部５１のスイッチング素子をオン状態に維持することにより、固定接点２１及び可動接点３３を接触状態に維持する。

［リレー装置の動作例］
図４は、図１に示すリレー装置１の動作を示すフローチャートである。制御部５３は、制御装置４からオン信号を取得すると、図４に示す処理を開始し得る。

制御部５３は、第１時間継続して、コイル部１０に発生させる電磁力が第１電磁力になるように制御する（ステップＳ１０）。

制御部５３は、第２時間継続して、コイル部１０に発生させる電磁力が第２電磁力になるように制御する（ステップＳ１１）。

制御部５３は、第３時間継続して、コイル部１０に発生させる電磁力が第３電磁力になるように制御する（ステップＳ１２）。

ここで、比較例として、コイル部の電磁力を時間に比例させて連続的に増加させる制御を想定する。この比較例では、バネ定数が公差範囲内でばらつく場合、連続的に電磁力が増加するに従って可動接点の加速を、効果的に低減させることができない。そのため、比較例では、可動接点が加速し続けながら固定接点に当たり、騒音が発生し得る。

これに対し、本実施形態に係るリレー装置１では、非接触状態にある固定接点２１及び可動接点３３を、接触状態に切替える際、コイル部１０の電磁力が、バネ３１のバネ定数の公差範囲に基づいて、段階的に大きくなるよう制御する。このような構成により、バネ３１が公差範囲の何れのバネ定数を有する場合であっても、可動接点３３は、ストッパ４０から離れた後、バネ３１の弾性力によって減速した状態で固定接点２１に当り得る。そのため、本実施形態に係るリレー装置１では、騒音が発生することが抑制され得る。

さらに、本実施形態に係るリレー装置１では、コイル部１０の電磁力を連続的に大きくするのではなく、段階的に大きくしている。ここで、コイル部１０の電磁力を連続的に大きくすると、可動接点３３が振動してしまう場合がある。可動接点３３が振動すると、チャタリングが発生してしまう場合がある。本実施形態では、コイル部１０の電磁力を段階的に大きくすることにより、可動接点３３が振動してしまい、チャタリングが発生してしまうことが抑制され得る。本実施形態では、チャタリングが発生することを抑制することにより、リレー装置１の耐久性を向上させることができる。

本開示に係る一実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、本実施形態では、コイル部１０の電磁力が段階的に大きくなる制御として、コイル部１０の電磁力が、第１電磁力、第２電磁力及び第３電磁力の３段階で大きくなるものとして説明した。ただし、これに限定されない。コイル部１０の電磁力は、バネ３１のバネ定数の公差範囲に基づいて段階的に大きくなるように制御されればよい。また、第１時間の前に、可動接点３３Ｌが全開位置Ｐに存在する際に、バネ３１Ｌが付与する弾性力以上であって、且つ、可動接点３３Ｌが接触位置に存在する際に、バネ３１Ｌが付与する弾性力よりも小さい電磁力（例えばデューティ比で７５％）を、所定時間付与するステップを設けてもよい。これにより、可動接点３３Ｌは当ステップで、ストッパ４０から離反し、ストッパ４０と固定接点２１との間で保持される。その後、第１時間で可動接点３３Ｌが接触位置に到達する。この場合の所定時間は、第１時間、第２時間及び第３時間よりも長くし、第１時間を、第２時間及び第３時間と同一としてもよい。

１ リレー装置
２ 蓄電池
３ 負荷機器
４ 制御装置
１０ コイル部
１１ コイル
２０ 端子板
２１ 固定接点
３０ 端子板
３１，３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｕ バネ
３２ 可動片
３３，３３Ｌ，３３Ｍ，３３Ｕ 可動接点
４０ ストッパ
５０ 駆動回路
５１ 生成部
５２ 記憶部
５３ 制御部

Claims (11)

1. 固定接点と、
   可動接点と、
   前記可動接点が前記固定接点から離れる方向に弾性力を付与するバネと、
   通電することにより、前記可動接点を前記固定接点の方に移動させる電磁力を発生させるコイル部と、
   前記コイル部に流すコイル電流を制御することにより、前記電磁力を制御する駆動回路と、を備え、
   前記駆動回路は、
   非接触状態にある前記固定接点及び前記可動接点を接触状態に切替える際、前記電磁力が、第１時間継続して、第１電磁力になるように制御し、その後、前記電磁力が前記第１電磁力から段階的に大きくなるよう制御し、前記電磁力が前記第１電磁力から段階的に大きくなるように制御する最後の段階では、前記電磁力が前記第１電磁力よりも大きい所定の電磁力になるように制御し、
   前記第１電磁力は、前記可動接点が前記固定接点と接触する接触位置に存在する際に、公差範囲の下限値のバネ定数を有する前記バネが付与する弾性力以上であり、且つ、前記可動接点が前記接触位置に存在する際に、前記公差範囲の中央値のバネ定数を有する前記バネが付与する前記弾性力よりも小さく、
   前記所定の電磁力は、前記可動接点が前記接触位置に存在する際に、前記公差範囲の上限値のバネ定数を有する前記バネが付与する前記弾性力以上である、リレー装置。
2. 請求項１に記載のリレー装置であって、
   前記第１時間は、前記公差範囲の下限値のバネ定数を有する前記バネの弾性力が付与される前記可動接点が、前記固定接点に到達するまでに掛かる時間以上である、リレー装置。
3. 請求項１又は２に記載のリレー装置であって、
   前記駆動回路は、前記電磁力が段階的に大きくなるように制御する際の最初の段階に続く、次の段階では、前記電磁力が、第２時間継続して、前記第１電磁力よりも大きい第２電磁力になるように制御する、リレー装置。
4. 請求項３に記載のリレー装置であって、
   前記第２電磁力は、前記可動接点が前記接触位置に存在する際に、前記中央値のバネ定数を有する前記バネが付与する前記弾性力以上であり、且つ、前記可動接点が前記接触位置に存在する際に、前記公差範囲の上限値のバネ定数を有する前記バネが付与する前記弾性力よりも小さい、リレー装置。
5. 請求項４に記載のリレー装置であって、
   前記第２時間は、前記中央値のバネ定数を有する前記バネが付与する前記弾性力が付与される前記可動接点が、前記固定接点に到達するまでに掛かる時間以上である、リレー装置。
6. 請求項３から５までの何れか一項に記載のリレー装置であって、
   前記第１時間は、前記第２時間よりも長い、リレー装置。
7. 請求項３から６までの何れか一項に記載のリレー装置であって、
   前記駆動回路は、前記第２時間が経過した後、前記電磁力が、第３時間継続して、前記所定の電磁力になるように制御する、リレー装置。
8. 請求項７に記載のリレー装置であって、
   前記第３時間は、前記公差範囲の上限値のバネ定数を有する前記バネの弾性力が付与される前記可動接点が、前記固定接点に到達するまでに掛かる時間以上である、リレー装置。
9. 請求項７又は８に記載のリレー装置であって、
   前記第１時間は、前記第３時間よりも長い、リレー装置。
10. 請求項１から９までの何れかに記載のリレー装置であって、
    前記駆動回路は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御に基づいて、前記コイル電流を生成する、リレー装置。
11. リレー装置の制御方法であって、
    前記リレー装置は、
    固定接点と、
    可動接点と、
    前記可動接点が前記固定接点から離れる方向に弾性力を付与するバネと、
    通電することにより、前記可動接点を前記固定接点の方に移動させる電磁力を発生させるコイル部と、
    前記コイル部に流すコイル電流を制御することにより、前記電磁力を制御する駆動回路と、を備え、
    前記駆動回路によって、非接触状態にある前記固定接点及び前記可動接点を接触状態に切替える際、前記電磁力が、第１時間継続して、第１電磁力になるように制御するステップと、
    前記駆動回路によって、前記電磁力が前記第１電磁力から段階的に大きくなるよう制御するステップと、
    前記駆動回路によって、前記電磁力が前記第１電磁力から段階的に大きくなるように制御する最後の段階では、前記電磁力が前記第１電磁力よりも大きい所定の電磁力になるように制御するステップと、を含み、
    前記第１電磁力は、前記可動接点が前記固定接点と接触する接触位置に存在する際に、公差範囲の下限値のバネ定数を有する前記バネが付与する弾性力以上であり、且つ、前記可動接点が前記接触位置に存在する際に、前記公差範囲の中央値のバネ定数を有する前記バネが付与する前記弾性力よりも小さく、
    前記所定の電磁力は、前記可動接点が前記接触位置に存在する際に、前記公差範囲の上限値のバネ定数を有する前記バネが付与する前記弾性力以上である、リレー装置の制御方法。

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