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図面 (2)

課題・解決手段

ヘビーデューティ電気機械式リレースイッチ接点溶着を防止する装置であって、このリレーコイル(2)への電圧供給モニタ低電圧エクスカーションを検出する使用に適合した手段(15、16、17)を備えている。カウンタ(14)が、リレー・コイル(2)への電圧供給における低電圧エクスカーションの数をカウントし、カウントされた低電圧エクスカーションの数が所定の数を超えた場合には、電子スイッチ(12)が、リレーへの電圧供給を遮断する。

概要

背景

概要

ヘビーデューティ電気機械式リレースイッチ接点溶着を防止する装置であって、このリレーコイル(2)への電圧供給モニタ低電圧エクスカーションを検出する使用に適合した手段(15、16、17)を備えている。カウンタ(14)が、リレー・コイル(2)への電圧供給における低電圧エクスカーションの数をカウントし、カウントされた低電圧エクスカーションの数が所定の数を超えた場合には、電子スイッチ(12)が、リレーへの電圧供給を遮断する。

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請求項1

ヘビーデューティ電気機械式リレースイッチ接点溶着を防止する装置において、前記リレーコイルへの電圧供給モニタ低電圧エクスカーションを検出するのに用いられるのに適した手段と、前記リレーのコイルへの前記電圧供給における低電圧エクスカーションの数をカウントするカウンタと、カウントされた低電圧エクスカーションの前記数が所定の数を超えた場合には前記リレーへの前記電圧供給を遮断するスイッチング手段と、を備えていることを特徴とする装置。

請求項2

請求項1記載の装置において、前記スイッチング手段は、電子スイッチの形態をとることを特徴とする装置。

請求項3

請求項2記載の装置において、前記電子スイッチは、MOSFETトランジスタを有することを特徴とする装置。

請求項4

請求項1及び請求項2又は請求項3記載の装置において、前記リレーのコイルへの前記電圧供給の状態における低電圧エクスカーションをモニタし検出する前記手段は、過渡的な低電圧エクスカーションを無視することを可能にする手段を更に備えていることを特徴とする装置。

請求項5

請求項4記載の装置において、前記フィルタ手段は、適当な時定数を有するRCフィルタネットワークを備えていることを特徴とする装置。

請求項6

請求項1ないし請求項5記載の装置において、リレーの端子ハウジング内に設置されその過熱の検出に用いるのに適した熱センサを更に備えていることを特徴とする装置。

0001

本発明は、ヘビーデューティ電気機械式リレー継電器)におけるスイッチ
接点溶着(welding)を防止する装置に関する。本発明は、自動車への
応用で用いられるヘビーデューティなリレーにとって特別な意義があるが、これ
は、その場合には、接点の溶着に対してよりよい機械的な抵抗を与え得るスイッ
接点用物質の使用が費用に関する考慮から排除されるからである。

0002

多くの場合において、ヘビーデューティな電磁気的スイッチは、誘導性の大き
電流負荷遮断する際に融合してしまう傾向を有する平坦な銅製のスイッチ
接点を用いている。これを防止するために、スイッチ接触器(contacto
r)には、圧縮ファクタに対する高い負荷を有するリターンスプリングが備え
られていることが多い。このスプリングが、移動する接触器に十分な力を加え、
リレーが消勢された際に生じる可能性のあるすべての接点の融合を中断させる。
リレーのコイルが適切に設計されコイル電圧がその設計パラメータ近接してい
れば、接触器は、破壊的な溶着を生じずにその寿命を全うする。しかし、自動車
への応用では、通常の条件下でもヘビーデューティなモータ(たとえば、スター
タ・モータ)やライティング回路(たとえば、ハロゲンランプコールド・レ
スタンス)によって要求される大きな電流によって低電圧エクスカーション
が生じ得るので、コイル電圧をその設計パラメータに維持するのは困難である。
直流スタータ・モータへの大きな電流の供給を制御する電気機械式のリレーの場
合には、以下のような状況が典型的には生じる。

0003

車両のバッテリーの両端の電位差は典型的には12ボルトである設計されたコ
イル電圧に近いが、バッテリー/モータ回路内の高い抵抗値経路により、大き
な電流が流れる瞬間には、コイルの両端の電位は、電磁気的スイッチのドロップ
アウト・レベルよりも低い値まで減少する。その結果、スイッチ接点は破壊され
る。しかし、スイッチ接点が破壊される瞬間に、大きな負荷電流は除去され、コ
イルの両端の電位差はスイッチ接点が閉じられたレベルに戻る。このシーケンス
が反復されて振動状況が生じ、スイッチ接点は比較的高い周波数切り換えられ
る。これは、「ドアリング(doorbelling)」又は「フィジング(
fizzing)」とも呼ばれる。もちろん、これが生じる場合には、深刻なア
ーク及びプラズマ発生が、スイッチ接点の間のギャップで見られる。これによっ
て急速にスイッチ接点の温度が上昇し、この状況が継続する場合には、以下の理
由の中の任意の1つによって、電気機械式リレーの故障が生じる。すなわち、

0004

i)スイッチ接点が溶着する。

0005

ii)発生した高熱のためにプラスチック製の絶縁装置(insulator)
が故障する。

0006

iii)リターン及びスイッチ接点のスプリングが、発生した高熱のために劣化
する。

0007

この条件を生じさせるバッテリー/モータ回路内の高い抵抗値の経路は、いく
つかのファクタに起因する。たとえば、バッテリーの不十分な充電、低い又は汚
染された酸、硫酸塩処理(sulphation)又は不正確仕様などに起因
する、バッテリー内部の高インピーダンスである。それ以外にも、ワイアリング
不適切な設置や、不正確なワイア・サイズの適合や、端子腐食などに起因す
る場合もある。

0008

本発明の目的は、上述の「ドアベリング」又は「フィジング」の問題を解消、
又は、少なくとも実質的に軽減することによって、スイッチ接点の溶着を防止す
る、ヘビーデューティな電気機械式リレーと共に使用する装置を提供することで
ある。

0009

本発明によれば、ヘビーデューティな電気機械式リレーのスイッチ接点の溶着
を防止する装置であって、前記リレーのコイルへの電圧供給モニタし低電圧エ
クスカーションを検出する使用に適合した手段と、前記リレー・コイルへの前記
電圧供給における低電圧エクスカーションの数をカウントするカウンタと、カウ
ントされた低電圧エクスカーションの前記数が所定の数を超えた場合には前記リ
レーへの前記電圧供給を遮断するスイッチング手段と、を備えている装置が提供
される。

0010

本発明の装置によれば、リレー・スイッチ接点が振動するのを許容される回数
は非常に低い数(カウンタによって予めセットされる数)に減少し、よって、「
ドアベリング」又は「フィジング」は最小化され、スイッチ接点の溶着は防止さ
れる。

0011

スイッチ手段は、便宜的に、MOSFETトランジスタなどの電子的なスイッ
チの形態をとる。

0012

好ましくは、リレー・コイルへの電圧供給の状態における低電圧エクスカーシ
ョンをモニタ及び検出する前記手段は、過渡的な低電圧エクスカーションを無視
することができる。便宜的には、これは、適切な時定数を有するRCフィルタ
ネットワークを使用することによって達成される。

0013

本発明の装置は、リレーの端子ハウジング内に設置され、その加熱の検出に用
いるのに適した熱センサを更に有している。これにより、たとえば、端子がゆる
くなったり腐食した場合に生じ得るスイッチ接点における高い抵抗値の故障条件
の検出が可能になる。

0014

好ましくは、この装置は、バッテリー供給が予め設定したレベルよりも低い場
合には、リレーの動作を防止する手段を更に有している。

0015

この装置は、また、故障条件を指示する指示器手段をも有している。

0016

以下では、添付した図面に示されている回路図を参照して、本発明の実施例を
説明する。

0017

図面の回路図には、ヘビーデューティな電気機械式リレー1が示されており、
このリレー1は、リレー・コイル2とスイッチ接点3とを含む。示されているよ
うに、リレー1が、バッテリー(Vbat)から直流スタータ・モータ4への電
流の供給を制御する。

0018

リレー1のスイッチ接点3のハウジングの内部には熱モニタ装置5があり、こ
れはサーミスタの形態をとっているが、温度感知型の半導体でもかまわない。こ
れは、以下で説明するようにハウジング内の温度を検出するのに用いられ、スイ
ッチ接点3の過熱が生じた場合にはリレー・コイル2への電力を除去する。

0019

サーミスタ5は、一端が基準電圧(Vref)に、他端は、接地されている抵
抗6に接続されている。このように、分圧器(potential divid
er)が、サーミスタ5と抵抗5との間の中間点に形成されている。サーミスタ
5の温度が上昇すると、その抵抗値は減少し(負の温度係数)、中間点(Vt)
の電圧は増加する。この電圧は、中間点の電圧(Vt)を基準電圧(Vref1
)と比較するアナログコンパレータ7によってモニタされる。この基準電圧の
値は(Vref1)は、サーミスタの温度が接点ハウジング許容最高温度の値
にある場合に生じる中間点の電圧(Vt)に対応するように設定される。よって
、接点ハウジングが過熱条件に近づく場合には、コンパレータ7の出力は状態を
切り換える。

0020

コンパレータ7の出力は、コンパレータ7の出力が切り換えられたときにハイ
論理レベルの出力を生じる3入力型ORゲート8の3つの出力の中の1つによっ
てモニタされる。このORゲート8の出力は、コンデンサ9と抵抗10とから成
ローパスRCフィルタ・ネットワークに印加される。これによって、自動車の
供給(automotive supply)によって生じ得るどのような過渡
的なノイズ信号濾波される。このRCフィルタ・ネットワークの時定数よりも
長いパルス継続時間を有する任意の信号が、10秒タイマ11をトリガする。こ
タイマ11がトリガされると、その出力は、ハイ論理からロー論理レベルに状
態を変化させる。タイマ11の出力は、通常は、リレー・コイル2に電流を供給
するのに用いられるパワーMOSFETトランジスタ12にハイ論理レベルを与
えるのであるが、ケート電圧が除かれた場合にはタイマ11のトリガによってこ
の電流を除去する。タイマ11はトリガされたままの状態に留まりながら、その
トリガ入力はそのハイ論理レベルにある。

0021

第2のコンパレータ13は、リレー・コイル2の低電圧動作に対する保護を与
える。このコンパレータ13は、(抵抗14、15、16の分圧器列によって与
えられる)入力電圧の比を基準電圧Vref2と比較することによって自動車の
バッテリー源(Vbat)をモニタする。過渡サプレッサ(transient

0022

suppressor)17が、自動車のバッテリー源によって生じる任意の
過渡的な高電圧からコンパレータ13の入力を保護する。バッテリーの電圧がリ
レー・コイル2の正常の動作には低すぎると考えられる値まで低下する場合には
、コンパレータの出力は、ロー・レベルからハイ・レベル状態に変化する。この
状況では、コンパレータ13の出力は、3入力型ORゲート8の第2の入力に印

し、高温カットアウトに関して既に述べたようにタイマ11を有する関連する
回路をトリガすることによって、リレー・コイル2への電力を除去する。

0023

リレー1は自動車での応用のために意図されたものであるので、保護回路は、
直流スタータ・モータ4が最初にオンされたときに生じる不可避的で過渡的な低
電圧エクスカーションは無視しなければならない。抵抗10とコンデンサ9とに
よって与えられるローパスRCフィルタ・ネットワークは、この状況が生じた場
合(過渡電流パルス長フィルタの構成要素であるR及びCの時定数よりも短
い)に、この保護回路が誤ってトリガすることを防止する。

0024

深刻な接点腐食又は溶着を生じ得る延長された接点振動を防止するために、こ
の条件を検出しリレー・コイル2への電力を除去する付加的な回路が含まれてい
る。

0025

5段のジョンソン型カウンタ/ディバイダ(Johnson counter
/divider)14が、スイッチ接点3が開閉されるたびにクロックされる
。このクロック信号は、スイッチ接触器3の出力端子上の電圧を感知することに
よって提供される。この信号は、抵抗15と過渡サプレッサ16とによって条件
を与えられてすべての高電圧スパイクを除去し、ジョンソン型カウンタ14に適
切なクロック信号を印加する信号フィルタ17によって更に濾波される。ジョン
ソン型カウンタ14は、通常は、恒久的にリセットされる。しかし、リレー・コ
イル2がスイッチ30を閉じることによって電力を与えられる場合には、リセッ
ト信号が、抵抗18と過渡サプレッサ19と2入力型ORゲート20とを介して
、バッテリー(Vbat)からジョンソン型カウンタ14に与えられる。したが
って、リレー・コイル2が動作している間に、ジョンソン型カウンタ14は、ス
イッチ接点に間の接続を実際に破壊する大きさを有するスイッチ接点3の任意の
振動によって、クロックされる。接点が5回振動すると、ジョンソン型カウンタ
14の出力は、その論理状態を変化させ、3入力型ORゲート8の第3の入力を
トリガし、次に、ローパスRCフィルタ・ネットワーク9、10を介して、タイ
マ11の入力をトリガする。よって、電力がリレー・コイル2から除去され、更
なる動作を10秒の間だけ禁止する。スイッチ接点3は、10秒の周期内に5回
の振動を安全に耐えることができ、よって、この回路は、スイッチ接点3が標準
的なス
イッチ接点の場合のように負荷の下で不定に振動することが可能である場合に生
じる得る深刻な損傷を防止できるように、構成されている。

0026

リレー・コイル2への電力が除去された場合には、ジョンソン型カウンタ14
はリセットされる。

0027

2つのパワーアップリセット回路21、22が用いられて、10秒タイマ1
1とジョンソン型カウンタ14とを、電力が最初に回路に加えられた場合にその
通常の状態にセットアップする。

0028

ダイオード23と抵抗24とが、電力が除去された際にリレー・コイル2の両
端に生じる負の高電圧スパイクを抑制する。

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