WO2020158576A1 - リレー装置及びリレー装置の制御方法 - Google Patents

リレー装置及びリレー装置の制御方法 Download PDF

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WO2020158576A1
WO2020158576A1 PCT/JP2020/002366 JP2020002366W WO2020158576A1 WO 2020158576 A1 WO2020158576 A1 WO 2020158576A1 JP 2020002366 W JP2020002366 W JP 2020002366W WO 2020158576 A1 WO2020158576 A1 WO 2020158576A1
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WO
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electromagnetic force
contact
movable contact
spring
relay device
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Application number
PCT/JP2020/002366
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English (en)
French (fr)
Inventor
孝一郎 堀越
田中　順也
Original Assignee
マレリ株式会社
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Publication date
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Priority to US17/310,364 priority patent/US20220108858A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/56—Contact spring sets
    • H01H50/58—Driving arrangements structurally associated therewith; Mounting of driving arrangements on armature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/64—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact
    • H01H50/645—Driving arrangements between movable part of magnetic circuit and contact intermediate part making a resilient or flexible connection

Definitions

  • the present invention relates to a relay device and a relay device control method.
  • a relay device including a movable contact, a fixed contact, and a coil portion is known.
  • the position of the movable contact with respect to the fixed contact is controlled by controlling the current flowing through the coil portion to bring the fixed contact and the movable contact into a contact state or a non-contact state.
  • the relay device described in Patent Document 1 when the movable contact and the fixed contact in the non-contact state are switched to the contact state, the current flowing through the coil is controlled to decelerate the movable contact.
  • the relay device described in Patent Document 1 reduces the impact generated by the movable contact hitting the fixed contact when the movable contact contacts the fixed contact by decelerating the movable contact.
  • the relay device described in Patent Document 1 suppresses the movable contact from bouncing and vibrating at the fixed contact by weakening the impact generated when the movable contact hits the fixed contact.
  • the elastic force of the spring is applied to the movable contact.
  • the spring constant of the spring may vary.
  • the movable contact to which the elastic force of the spring having a small spring constant is applied may not be sufficiently decelerated. In this case, the impact generated by the movable contact hitting the fixed contact may be increased. Noise may be generated when the impact generated by the movable contact hitting the fixed contact is increased.
  • An object of the present invention made in view of such a point is to provide a relay device and a control method of the relay device that suppress the generation of noise when the movable contact and the fixed contact in the non-contact state are switched to the contact state. It is in.
  • the relay device is Fixed contacts, Movable contact, A spring that applies an elastic force in a direction in which the movable contact separates from the fixed contact; By energizing, a coil portion that generates an electromagnetic force that moves the movable contact toward the fixed contact, A drive circuit for controlling the electromagnetic force by controlling a coil current flowing through the coil portion, The drive circuit is When the fixed contact and the movable contact in the non-contact state are switched to the contact state, the electromagnetic force is controlled to be the first electromagnetic force for the first time, and then the electromagnetic force is changed to the first electromagnetic force.
  • the predetermined electromagnetic force is larger than the first electromagnetic force.
  • Control to be the electromagnetic force of The first electromagnetic force is equal to or greater than the elastic force applied by the spring having the spring constant of the lower limit of the tolerance range when the movable contact is in the contact position where the movable contact contacts the fixed contact, and When the contact exists at the contact position, it is smaller than the elastic force applied by the spring having a spring constant of the median value of the tolerance range, The predetermined electromagnetic force is greater than or equal to the elastic force applied by the spring having a spring constant of an upper limit value of the tolerance range when the movable contact is at the contact position.
  • a control method for a relay device is Fixed contacts, Movable contact, A spring that applies an elastic force in a direction in which the movable contact separates from the fixed contact; By energizing, a coil portion that generates an electromagnetic force that moves the movable contact toward the fixed contact,
  • a method of controlling a relay device comprising: a drive circuit that controls the electromagnetic force by controlling a coil current flowing through the coil portion, When the drive circuit switches the fixed contact and the movable contact in a non-contact state to a contact state, the electromagnetic force continues for a first time, and is controlled to be a first electromagnetic force, The drive circuit controls the electromagnetic force so that the electromagnetic force gradually increases from the first electromagnetic force; In the final step of controlling the electromagnetic force to gradually increase from the first electromagnetic force by the drive circuit, the electromagnetic force is controlled to be a predetermined electromagnetic force larger than the first electromagnetic force.
  • the first electromagnetic force is equal to or greater than the elastic force applied by the spring having the spring constant of the lower limit of the tolerance range when the movable contact is in the contact position where the movable contact contacts the fixed contact, and When the contact exists at the contact position, it is smaller than the elastic force applied by the spring having a spring constant of the median value of the tolerance range, The predetermined electromagnetic force is greater than or equal to the elastic force applied by the spring having a spring constant of an upper limit value of the tolerance range when the movable contact is at the contact position.
  • the relay device of the first aspect generation of noise is suppressed when the movable contact and the fixed contact in the non-contact state are switched to the contact state.
  • noise is suppressed when the movable contact and the fixed contact in the non-contact state are switched to the contact state.
  • FIG. 1 It is a block diagram showing an example of composition of a relay device concerning one embodiment.
  • 3 is a timing chart showing the operation of the relay device shown in FIG. 1.
  • 3 is a timing chart showing the speed of the movable contact shown in FIG. 1 and the displacement of the movable contact.
  • 3 is a flowchart showing the operation of the relay device shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a relay device 1 according to an embodiment.
  • solid lines connecting the functional blocks indicate the flow of electric power.
  • a broken line connecting each functional block indicates a flow of control or communication.
  • the relay device 1, the storage battery 2, the load device 3, and the control device 4 may be incorporated in one device (for example, a vehicle).
  • the relay device 1 is arranged between the storage battery 2 and the load device 3. However, the relay device 1 may be arranged between arbitrary devices. Based on the control of the control device 4, the relay device 1 electrically connects the storage battery 2 and the load device 3 to the connection state or the non-connection state.
  • the storage battery 2 can supply the charged electric power to the load device 3 via the relay device 1.
  • the load device 3 consumes the electric power supplied from the storage battery 2 via the relay device 1.
  • the control device 4 is configured to include a microcomputer.
  • the control device 4 outputs an ON signal and an OFF signal to the relay device 1.
  • the ON signal is a signal that causes the relay device 1 to electrically connect the devices (the storage battery 2 and the load device 3) connected to the relay device 1 to each other.
  • the OFF signal is a signal that electrically disconnects the devices (the storage battery 2 and the load device 3) connected to the relay device 1 from each other.
  • the relay device 1 includes a coil unit 10, a terminal plate 20, a fixed contact 21, a terminal plate 30, a spring 31, a movable piece 32, a movable contact 33, a stopper 40, and a drive circuit 50.
  • the fixed contact 21 and the movable contact 33 are collectively referred to as “contact part”.
  • the coil unit 10 generates an electromagnetic force that moves the movable contact 33 toward the fixed contact 21 when energized.
  • the coil unit 10 generates an electromagnetic force that moves the movable contact 33 in the approaching direction A.
  • the approaching direction A is a direction in which the movable contact 33 approaches the fixed contact 21.
  • the coil unit 10 includes a coil 11.
  • the coil unit 10 may include a coil 11, a bobbin, a stator, a yoke, and the like.
  • the bobbin may be made of a resin material.
  • the stator and yoke may be made of magnetic material.
  • the coil 11 may be a conductor.
  • the coil 11 may be wound on a bobbin.
  • a stator may be inserted inside the coil 11. Both ends of the coil 11 may be connected to the drive circuit 50. A current is applied to the coil 11 by the drive circuit 50.
  • the coil 11 When the coil 11 is energized, a magnetic path passing through the stator, yoke and the like is formed. By forming the magnetic path, an electromagnetic force that moves the movable contact 33 in the approaching direction A is generated.
  • the terminal board 20 may be formed of a conductive material. One end of the terminal board 20 is connected to the load device 3. A fixed contact 21 is provided at the other end of the terminal board 20.
  • Fixed contact 21 may be formed of a conductive material.
  • the fixed contact 21 may be formed integrally with the terminal board 20.
  • the fixed contact 21 is provided at a position facing the movable contact 33.
  • the terminal board 30 may be formed of a conductive material. One end of the terminal board 30 is connected to the storage battery 2. The other end of the terminal plate 30 is connected to the movable piece 32.
  • the spring 31 may be a coil spring. However, the spring 31 is not limited to the coil spring. For example, the spring 31 may be a leaf spring.
  • the spring 31 applies an elastic force to the movable contact 33 in the separating direction B.
  • the separating direction B is a direction in which the movable contact 33 separates from the fixed contact 21.
  • the magnitude of the elastic force of the spring 31 may depend on the magnitude of the spring constant of the spring 31 and the like.
  • the elastic force F1 is represented by the following equation (1).
  • F1 k ⁇ (C ⁇ x) Formula (1)
  • the spring constant k is the spring constant of the spring 31.
  • the displacement x is the displacement of the movable contact 33 from the fixed contact 21.
  • the constant C is an element determined based on the length (natural length) of the spring 31 when the spring 31 is not loaded.
  • the constant C is longer than the distance D.
  • the distance D is the distance from the fixed contact 21 to the stopper 40.
  • the elastic force of the spring 31 can increase as the spring constant of the spring 31 increases.
  • the elastic force of the spring 31 can be smaller as the spring constant of the spring 31 is smaller.
  • the spring constant of the spring 31 takes a value within the tolerance range.
  • the spring 31 having the spring constant at the lower limit of the tolerance range is also referred to as “spring 31L”.
  • the spring 31 having a spring constant of a predetermined value excluding the upper limit value and the lower limit value of the tolerance range is also referred to as “spring 31M”.
  • the predetermined value may be, but is not limited to, the median value of the tolerance range.
  • the spring 31 having a spring constant of the upper limit value of the tolerance range is also referred to as “spring 31U”.
  • the movable piece 32 may be formed of a conductive material.
  • the movable piece 32 is movable with respect to the terminal plate 30.
  • One end of the movable piece 32 is connected to the terminal board 30.
  • a movable contact 33 is provided at the other end of the movable piece 32.
  • the movable contact 33 may be formed of a conductive material.
  • the movable contact 33 may be formed integrally with the movable piece 32.
  • the movable contact 33 and the fixed contact 21 are in a contact state or a non-contact state.
  • the movable contact 33 moves in the approach direction A (that is, the direction in which the movable contact 33 approaches the fixed contact 21) when the electromagnetic force generated by the coil unit 10 is larger than the elastic force of the spring 31.
  • the movable contact 33 comes into contact with the fixed contact 21 by moving in the approaching direction A.
  • the position where the movable contact 33 contacts the fixed contact 21 is referred to as the “contact position”.
  • the movable contact 33 moves in the separating direction B (that is, the direction in which the movable contact 33 separates from the fixed contact 21) when the electromagnetic force generated by the coil unit 10 is smaller than the elastic force of the spring 31.
  • the movable contact 33 moves in the separating direction B to be in a non-contact state with the fixed contact 21.
  • the storage battery 2 and the load device 3 are electrically in a non-connected state.
  • the movable contact 33 can contact the stopper 40 by continuing to move in the separating direction B. In other words, the movable contact 33 is restricted in movement by the stopper 40 at the fully open position P.
  • the movable contact 33 to which the elastic force of the spring 31L is applied is also referred to as “movable contact 33L”.
  • the movable contact 33 to which the elastic force of the spring 31M is applied is also referred to as “movable contact 33M”.
  • the movable contact 33 to which the elastic force of the spring 31U is applied is also referred to as “movable contact 33U”.
  • the stopper 40 may be made of a metal member. However, the material of the stopper 40 is not particularly limited.
  • the stopper 40 regulates the movement of the movable contact 33 in the separating direction B.
  • the movable contact 33 may come into contact with the stopper 40 when the movable contact 33 and the fixed contact 21 are not in contact with each other.
  • the stopper 40 defines the fully open position P of the movable contact 33 with respect to the fixed contact 21 when the movable contact 33 contacts.
  • the fully open position P of the movable contact 33 with respect to the fixed contact 21 may be defined by another member.
  • the drive circuit 50 switches the coil unit 10 to the energized state or the de-energized state based on the control of the control device 4.
  • the drive circuit 50 includes a generation unit 51, a storage unit 52, and a control unit 53.
  • the generation unit 51 is electrically connected to the coil 11 of the coil unit 10.
  • the generator 51 includes a switching element and the like.
  • the generator 51 generates a coil current under the control of the controller 53.
  • the coil current is a current flowing through the coil portion 10, that is, a current flowing through the coil 11.
  • the generation unit 51 is assumed to generate the coil current based on PWM (Pulse Width Modulation) control.
  • the PWM signal from the control unit 53 is input to the switching element of the generation unit 51.
  • the switching element of the generation unit 51 switches on/off according to the duty ratio of the PWM signal.
  • the switching element of the generation unit 51 switches in accordance with the duty ratio of the PWM signal to generate a coil current according to the duty ratio of the PWM signal.
  • the “cycle of the PWM signal” is the sum of the period in which the switching element of the generation unit 51 is turned on and the period in which the switching element of the generation unit 51 is turned off.
  • the “PWM duty ratio” is a period in which the switching element of the generation unit 51 is turned on, divided by the cycle of the PWM signal.
  • the larger the duty ratio of the PWM signal the longer the period in which the switching element of the generation unit 51 is turned on, and the coil current increases. That is, as the duty ratio of the PWM signal increases, the coil current increases, and the electromagnetic force of the coil unit 10 increases.
  • the smaller the duty ratio of the PWM signal the shorter the time for which the switching element of the generation unit 51 is turned off, and the coil current decreases. That is, the smaller the duty ratio of the PWM signal, the lower the coil current and the smaller the electromagnetic force of the coil unit 10.
  • the storage unit 52 is connected to the control unit 53.
  • the storage unit 52 stores the information acquired from the control unit 53.
  • the storage unit 52 may function as a working memory of the control unit 53.
  • the storage unit 52 may store the program executed by the control unit 53.
  • the storage unit 52 may be composed of a semiconductor memory.
  • the storage unit 52 is not limited to the semiconductor memory, and may be a magnetic storage medium or another storage medium.
  • the storage unit 52 may be included in the control unit 53 as a part of the control unit 53.
  • the control unit 53 controls each component of the relay device 1.
  • the control unit 53 may be configured by, for example, a processor such as a CPU (Central Processing Unit) that executes a program that defines a control procedure.
  • the control unit 53 for example, reads a program stored in the storage unit 52 and executes various programs.
  • the control unit 53 can acquire an off signal from the control device 4.
  • the control unit 53 switches the fixed contact 21 and the movable contact 33 in the contact state to the non-contact state.
  • the control unit 53 lowers the coil current by lowering the duty ratio of the PWM signal output to the generation unit 51.
  • the control unit 53 reduces the coil current so that the electromagnetic force generated in the coil unit 10 is smaller than the elastic force of the spring 31.
  • the movable contact 33 moves in the separating direction B.
  • the fixed contact 21 and the movable contact 33 are brought into a non-contact state.
  • the movable contact 33 reaches the fully open position P by continuing to move in the separating direction B.
  • the controller 53 maintains the duty ratio of the PWM signal at 0%.
  • the controller 53 maintains the duty ratio of the PWM signal at 0% to maintain the switching element of the generator 51 in the off state.
  • the controller 53 maintains the fixed contact 21 and the movable contact 33 in the non-contact state by maintaining the switching element of the generator 51 in the off state.
  • FIG. 2 shows a timing chart showing the operation of the relay device 1 shown in FIG.
  • the fixed contact 21 and the movable contact 33 are in the non-contact state.
  • the controller 53 maintains the switching element of the generator 51 in the off state by maintaining the duty ratio of the PWM signal at 0%.
  • FIG. 3 shows a timing chart showing the speed and displacement of the movable contact 33.
  • FIG. 3 shows the speed and displacement of the movable contact 33L to which the elastic force of the spring 31L is applied, as an example of the movable contact 33 that easily moves in the approaching direction A (hard to move in the separating direction B) shown in FIG. ..
  • FIG. 3 shows the speed and displacement of the movable contact 33U to which the elastic force of the spring 31U is applied, as an example of the movable contact 33 that easily moves in the separating direction B shown in FIG. 1 (hard to move in the approaching direction A).
  • FIG. 3 shows, for reference, the speed and displacement of the movable contact 33M to which the elastic force of the spring 31M is applied.
  • the displacement of the movable contact 33 shown in FIG. 3 indicates the displacement x from the fixed contact 21 shown in FIG.
  • all of the movable contacts 33L, 33M, 33U are in the fully open position P. Therefore, at time t0 shown in FIG. 3, the displacement of each of the movable contacts 33L, 33M, 33U is D. Further, when the movable contact 33 is in the fully open position P, the movement of the movable contact 33 is blocked by the stopper 40. Therefore, at time t0 shown in FIG. 3, the speed of each of the movable contacts 33L, 33M, 33U is 0.
  • the control unit 53 can acquire an ON signal from the control device 4.
  • the control unit 53 switches the fixed contact 21 and the movable contact 33 in the non-contact state to the contact state.
  • the control unit 53 controls the electromagnetic force generated in the coil unit 10 to increase stepwise based on the tolerance range of the spring constant of the spring 31.
  • the control unit 53 controls the electromagnetic force generated in the coil unit 10 so that the electromagnetic force continues for the first time and becomes the first electromagnetic force.
  • the control unit 53 outputs the PWM signal having the duty ratio corresponding to the first electromagnetic force to the generation unit 51 continuously for the first time.
  • the first electromagnetic force is equal to or greater than the elastic force applied by the spring 31L when the movable contact 33L is in the contact position, and the elasticity imparted by the spring 31M when the movable contact 33M is in the contact position. It may be set to be smaller than the force.
  • the first electromagnetic force is set to be not less than the elastic force F1 calculated by substituting the lower limit value of the tolerance range into the spring constant k and substituting 0 into the distance x in the above equation (1). To be done.
  • the first electromagnetic force is smaller than the calculated elastic force by substituting a predetermined value in the tolerance range for the spring constant and 0 for the distance x in the above equation (1). Is set.
  • the first time may be equal to or longer than the time it takes for the movable contact 33L to which the elastic force of the spring 31L is applied to start from moving toward the fixed contact 21 and reach the fixed contact 21.
  • the first time may be determined experimentally. It should be noted that the first time period is longer than the second time period and the third time period, which will be described later, because it takes time from when the coil portion 10 is energized until electromagnetic force is generated. With such a configuration, the movable contact 33L can reach the fixed contact 21 in the first stage.
  • the control unit 53 can acquire the ON signal from the control device 4 at time t1.
  • the control unit 53 starts the control in the first stage.
  • the control unit 53 controls the electromagnetic force of the coil unit 10 to be the first electromagnetic force for the first time T1 continuously from the time t1.
  • the control unit 53 continues the first time T1 and sets the duty ratio of the PWM signal to 80%.
  • 80% of the duty ratio is the duty ratio according to the first electromagnetic force.
  • the speed of the movable contact 33L increases relatively slowly after time t1. That is, the movable contact 33L is accelerated. After that, as the movable contact 33L is displaced in the approaching direction A, the elastic force of the spring 31L increases. Therefore, the acceleration of the movable contact 33L decreases. Furthermore, as shown in FIG. 3, at time t11, the displacement of the movable contact 33L becomes zero. That is, at time t11, the movable contact 33L can hit the fixed contact 21 at a relatively low speed. As described above, at time t11, the movable contact 33L hits the fixed contact 21 at a low speed, so that the impact generated when the movable contact 33L hits the fixed contact 21 can be weakened.
  • the movable contact 33L comes into contact with the fixed contact 21. Therefore, after time t11, the speed of the movable contact 33L becomes zero. If the elastic force applied by the spring 31L and the first electromagnetic force are in equilibrium when the movable contact 33L is present at the contact position, the impact when the movable contact 33L hits the fixed contact 21 becomes smaller. ..
  • both the movable contacts 33M and 33U are in the fully open position P.
  • the movable contacts 33M and 33U can be separated from the fully open position P. ..
  • the movable contacts 33M and 33U may be located apart from the fully open position P and not at the contact position.
  • the control unit 53 controls the electromagnetic force generated in the coil unit 10 so as to be the second electromagnetic force larger than the first electromagnetic force for the second time continuously. .. Specifically, the control unit 53 outputs the PWM signal having the duty ratio corresponding to the second electromagnetic force to the generation unit 51 continuously for the second time.
  • the second electromagnetic force is equal to or greater than the elastic force applied by the spring 31M when the movable contact 33M is in the contact position, and the elastic force applied by the spring 31U when the movable contact 33U is in the contact position. It may be set to be smaller than the force.
  • the second electromagnetic force is set to be not less than the elastic force F1 calculated by substituting a predetermined value in the tolerance range for the spring constant k and substituting 0 for the distance x in the above formula (1). To be done. Moreover, the second electromagnetic force is smaller than the elastic force F1 calculated by substituting the upper limit value of the tolerance range into the spring constant k and substituting 0 into the distance x in the above formula (1). Is set.
  • the second time is equal to or longer than the time required for the movable contact 33M to which the elastic force of the spring 31M having a predetermined spring constant is applied to reach the fixed contact 21 after the start of the second time, for example. Good. The second time may be empirically determined. With such a configuration, the movable contact 33M can reach the fixed contact 21 in the next stage.
  • time t2 is the time when the first stage ends.
  • the control unit 53 continues the second time T2 from the time t2 and controls the electromagnetic force of the coil unit 10 to be the second electromagnetic force larger than the first electromagnetic force.
  • the control unit 53 continuously sets the duty ratio of the PWM signal to 85% for the second time T2.
  • 85% of the duty ratio is the duty ratio according to the second electromagnetic force.
  • the duty ratio of the PWM signal increases to 85%, the coil current increases and the electromagnetic force of the coil unit 10 becomes the second electromagnetic force.
  • the speed of the movable contact 33M increases relatively slowly after time t2.
  • the movable contact 33M is accelerated. Thereafter, as the movable contact 33M is displaced toward the approaching direction, the elastic force of the spring 31M increases. Therefore, the acceleration of the movable contact 33M decreases. Further, at time t21, the displacement of the movable contact 33M becomes zero. That is, at time t21, the movable contact 33M can hit the fixed contact 21 at a relatively low speed. At time t21, the movable contact 33M hits the fixed contact 21 at a low speed, so that the impact generated by the moving contact 33M hitting the fixed contact 21 can be weakened. The impact generated by the movable contact 33M hitting the fixed contact 21 is weakened, so that the generation of noise can be suppressed.
  • the movable contact 33M comes into contact with the fixed contact 21. Therefore, after time t21, the speed of the movable contact 33M becomes zero. If the elastic force applied by the spring 31M and the first electromagnetic force are in equilibrium when the movable contact 33M is in the contact position, the impact when the movable contact 33M hits the fixed contact 21 becomes smaller. ..
  • the movable contact 33U is in the fully open position P at time t21 shown in FIG. However, if the second electromagnetic force is larger than the elastic force applied by the spring 31U when the movable contact 33U is in the fully open position P, the movable contact 33U can be separated from the fully open position P. In this case, in the second time period, the movable contact 33U may be located away from the fully open position P and not at the contact position.
  • the control unit 53 causes the electromagnetic force generated in the coil unit 10 to continue for the third time and is larger than the first electromagnetic force and the second electromagnetic force. Control to help. Specifically, the control unit 53 outputs the PWM signal having the duty ratio corresponding to the third electromagnetic force to the generation unit 51 continuously for the third time.
  • the third electromagnetic force may be set to be equal to or larger than the elastic force applied by the spring 31U when the movable contact 33U is in the contact position.
  • the third electromagnetic force is set to be not less than the elastic force F1 calculated by substituting the upper limit value of the tolerance range for the spring constant k and substituting 0 for the distance x in the above formula (1). To be done.
  • the third time is equal to or longer than the time required for the movable contact 33U to which the elastic force of the spring 31U having the spring constant of the upper limit value of the tolerance range is applied to reach the fixed contact 21 after the start of the third time, for example. May be
  • the third time may be determined experimentally. With such a configuration, the movable contact 33U can reach the fixed contact 21 at the final stage.
  • the control unit 53 starts the control in the final stage.
  • the control unit 53 controls the electromagnetic force of the coil unit 10 to be the third electromagnetic force continuously for the third time T3 from the time t3.
  • the control unit 53 continues the third time T3 and sets the duty ratio of the PWM signal to 90%.
  • 90% of the duty ratio is the duty ratio according to the third electromagnetic force.
  • the duty ratio of the PWM signal rises to 90%, the coil current increases and the electromagnetic force of the coil unit 10 becomes the third electromagnetic force.
  • the speed of the movable contact 33U increases relatively slowly after time t3.
  • the movable contact 33U is accelerated. After that, as the movable contact 33U is displaced toward the approaching direction, the elastic force of the spring 31U increases. Therefore, the acceleration of the movable contact 33U decreases. Furthermore, at time t31, the displacement of the movable contact 33U can be zero. That is, at time t31, the movable contact 33U can hit the fixed contact 21 at a relatively low speed. At time t31, the movable contact 33U hits the fixed contact 21 at a low speed, so that the impact generated when the movable contact 33U hits the fixed contact 21 can be weakened. Since the impact generated by the movable contact 33U hitting the fixed contact 21 is weakened, the generation of noise can be suppressed. If the elastic force applied by the spring 31U and the first electromagnetic force are in equilibrium when the movable contact 33U is in the contact position, the impact when the movable contact 33U hits the fixed contact 21 becomes smaller. ..
  • the movable contact 33 of the spring 31 can reach the fixed contact 21 by time t4 shown in FIG. 2, regardless of which spring constant the spring 31 has. Further, since the electromagnetic force of the coil portion 10 gradually increases, the impact generated by the movable contact 33 hitting the fixed contact 21 is weakened regardless of the spring constant of the spring 31. As a result, the generation of noise can be suppressed.
  • the time required for switching the fixed contact 21 and the movable contact 33 in the non-contact state to the contact state is such that the device connected to the relay device 1 defined in the relay device 1 is electrically connected. It may be approximately the same as the operating time at that time.
  • the time Tt from time t1 to time t4 shown in FIG. 2 is the same as the operation time defined in the relay device 1 when electrically connecting the storage battery 2 and the load device 3 shown in FIG. It can be a degree.
  • the first time, the second time, and the third time may be appropriately adjusted based on the specified operation time.
  • a time zone for generating an electromagnetic force larger than the first electromagnetic force and smaller than the second electromagnetic force is provided, so that the electromagnetic force is increased in multiple stages. You may That is, the electromagnetic force may be increased stepwise between the first time and the third time without being limited to the second time.
  • control unit 53 When the fixed contact 21 and the movable contact 33 are switched to the contact state, the control unit 53 maintains the switching element of the generation unit 51 in the ON state by maintaining the duty ratio of the PWM signal at 100%. The control unit 53 maintains the fixed contact 21 and the movable contact 33 in the contact state by maintaining the switching element of the generation unit 51 in the ON state.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the relay device 1 shown in FIG.
  • the control unit 53 acquires the ON signal from the control device 4, the control unit 53 can start the process illustrated in FIG. 4.
  • the control unit 53 controls the electromagnetic force generated in the coil unit 10 to be the first electromagnetic force continuously for the first time (step S10).
  • the control unit 53 controls the electromagnetic force generated in the coil unit 10 to be the second electromagnetic force continuously for the second time (step S11).
  • the control unit 53 controls the electromagnetic force generated in the coil unit 10 to be the third electromagnetic force continuously for the third time (step S12).
  • the electromagnetic force of the coil portion is continuously increased in proportion to time.
  • the acceleration of the movable contact cannot be effectively reduced as the electromagnetic force continuously increases. Therefore, in the comparative example, the movable contact may hit the fixed contact while continuing to accelerate, and noise may be generated.
  • the electromagnetic force of the coil portion 10 causes the spring 31 to have a tolerance range of the spring constant. Based on the above, control is performed so as to gradually increase. With such a configuration, even if the spring 31 has any spring constant in the tolerance range, the movable contact 33 is separated from the stopper 40, and then is decelerated by the elastic force of the spring 31 to reach the fixed contact 21. Can hit. Therefore, in the relay device 1 according to the present embodiment, generation of noise can be suppressed.
  • the electromagnetic force of the coil portion 10 is not increased continuously but is increased stepwise.
  • the movable contact 33 may vibrate.
  • chattering may occur.
  • the durability of the relay device 1 can be improved by suppressing the occurrence of chattering.
  • the electromagnetic force of the coil unit 10 is increased in three steps of the first electromagnetic force, the second electromagnetic force, and the third electromagnetic force as the control in which the electromagnetic force of the coil unit 10 is gradually increased. Described as a thing. However, it is not limited to this.
  • the electromagnetic force of the coil portion 10 may be controlled to increase stepwise based on the tolerance range of the spring constant of the spring 31.
  • the spring force is equal to or larger than the elastic force applied by the spring 31L, and when the movable contact 33L is in the contact position, the spring 31L.
  • a step of applying an electromagnetic force smaller than the elastic force given by (for example, 75% in duty ratio) for a predetermined time may be provided.
  • the movable contact 33L separates from the stopper 40 in this step and is held between the stopper 40 and the fixed contact 21. Then, the movable contact 33L reaches the contact position in the first time.
  • the predetermined time in this case may be longer than the first time, the second time, and the third time, and the first time may be the same as the second time and the third time.
  • relay device 2 storage battery 3 load device 4
  • control device 10 coil part 11 coil 20 terminal plate 21 fixed contact 30 terminal plate 31, 31L, 31M, 31U spring 32 movable piece 33, 33L, 33M, 33U movable contact 40 stopper 50 drive circuit 51 generation unit 52 storage unit 53 control unit

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Abstract

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。

Description

リレー装置及びリレー装置の制御方法 関連出願へのクロスリファレンス
　本出願は、日本国特許出願２０１９－０１４７９７号（２０１９年１月３０日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。
　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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