JP7185763B2

JP7185763B2 - リレー

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Publication number: JP7185763B2
Application number: JP2021508287A
Authority: JP
Inventors: ステファンベンク; クリスチャンアダム; ラルフホフマン
Original assignee: フェニックスコンタクトゲーエムベーハーウントコムパニーカーゲー
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2022-12-07
Anticipated expiration: 2039-08-26
Also published as: EP3850653A1; DE102018122265B3; JP2021535547A; EP3850653B1; WO2020052945A1; US20220051862A1; US11342147B2

Description

本発明はリレー、とりわけ電磁リレーに関する。

電磁リレーの場合には、接極子を開放ポジションから接触ポジションへと吸引して自リレーを閉じるのに必要なコイル電流が大きいことによる発熱問題がある。とはいえ、吸引のためには、接触ポジションにて接極子を保持するのに必要なそれより強い磁界、ひいては大きな励磁コイル内磁気流が必要なことから、接極子が接触ポジションへと吸引され終えた後及び接極子が接触ポジションにて保持されている期間における励磁コイルの磁気流を減らすことで、リレーが閉止保持される期間におけるリレーの出力ひいては発熱を減らす様々な策が、従来技術により知らしめられている。既知策の一つは、電源電圧に対しパルス幅変調（ＰＷＭ）を適用し、所望期間におけるコイル電流を上々な値まで減らすことである。しかしながら、ＰＷＭ制御には複雑な微細電子部品及びそれに相応する複雑なスイッチアーキテクチャが必要であるので、ＰＷＭ制御は多くの用途にそぐわない。

従って、本発明の目的はリレーの改良、とりわけ電磁リレーの改良にある。

この目的は独立形式請求項１の主題により達成される。本発明の上首尾実施形態が従属形式請求項、明細書及び添付図面の主題である。

本件開示が根差す知識によれば、上掲の目的は、電源電圧を不変保持しつつ励磁コイル又は励磁コイル群の合計抵抗値を増加させることでコイル電流を減らすことができ、従ってそのリレー出力又は電気出力ひいては熱損失を減らせるリレーによって、達成される。

本件開示の一態様に係る電磁リレーは、ヨークと、そのヨーク上に可旋回配置されており、そのヨークとの関わりで開放ポジション及び接触ポジションを有し、且つ磁界により開放ポジションから接触ポジションへと吸引されその接触ポジションにて保持されるよう設計されている接極子と、第１コンデンサ及びそれに直列接続された第１励磁コイルを有する第１回路枝と、第２コンデンサ及びそれに直列接続された第２励磁コイルを有する第２回路枝と、を備え、接極子を吸引及び保持するための磁界を供給するよう第１励磁コイル及び第２励磁コイルが設計されており、第１回路枝・第２回路枝間に配置されており第１スイッチ状態及び第２スイッチ状態を呈するスイッチ素子を備え、そのスイッチ素子が第１スイッチ状態であるときには第１回路枝及び第２回路枝が並列接続配置となり、当該スイッチ素子が第２スイッチ状態であるときには第１励磁コイル及び第２励磁コイルが直列接続配置となり、それら第１及び第２コイルの磁界によって接極子が接触ポジションへと吸引されると第１スイッチ状態から第２スイッチ状態へと切り換わるよう当該スイッチ素子が設計されたものである。

これによる技術的利点は、接極子が接触ポジションへと全面吸引された直後に、第１及び第２励磁コイルのコイル電力が、接極子を開放ポジションから接触ポジションへと吸引する際供給しなければならない吸引電力から、接極子を接触ポジションにて保持する上で印加しなければならない低めの保持電力へと、自動低減されるリレーが提供されることである。接極子の接触ポジションとは、接極子のポジションのうち、接極子・ヨーク間接触が形成されリレーが閉じるポジション、即ちリレーが完全に引かれ終えたポジションのことである。

本リレーは２個の励磁コイルが相互接続された設計であるので、それら２個の励磁コイルの回路配置を同励磁コイルの並列接続から直列接続へと移行させることで、個別抵抗値Ｒ_１，Ｒ_２を有する第１，第２励磁コイルの合計抵抗値Ｒ_ｇｅｓを変化させることができる。

第１及び第２励磁コイルの並列接続体に関しては、合計抵抗値が
１／Ｒ_ｇｅｓ＝１／Ｒ_１＋１／Ｒ_２
の如く求まる。

他方、第１及び第２励磁コイルの直列接続体に関しては、合計抵抗値が
Ｒ_ｇｅｓ＝Ｒ_１＋Ｒ_２
から求まる。

第１及び第２回路枝の並列接続を第１及び第２励磁コイルの直列接続へと切り換えると第1及び第２励磁コイルの合計抵抗値が増大する。電源電圧が不変であるので、第１及び第２励磁コイルの直列接続による合計抵抗値の増大が、翻って第１及び第２励磁コイルに流れるコイル電流の減少につながる。コイル電流の減少が翻って第１及び第２励磁コイル内磁気流の減少につながり、それとの関わりで第１及び第２励磁コイルの磁界の減少につながる。

上記スイッチ素子が第１スイッチ状態、第１及び第２回路枝が並列配置であり第１及び第２コンデンサが充電される時間セグメントでは、第１及び第２コンデンサが低抵抗となるので、その期間における合計抵抗値の計算に関しては、第１及び第２コンデンサの抵抗値を無視することができる。

第１及び第２励磁コイルは、上記スイッチ素子が第２スイッチ状態である場合即ち第１及び第２励磁コイルが直列接続されている場合に、第１及び第２励磁コイルΘ＝Ｉ・Ｎで形成されそれら第１，第２励磁コイルの磁束がΘ_１，２＝Ｉ・Ｎ_１，２、Ｉがコイル電流、Ｎ_１，２が第１，第２励磁コイルの巻数である磁気系での実現磁束Θ_ｇｅｓ＝Ｉ・Ｎが、
Θ_ｇｅｓ＝Θ_１＋Θ_２＝Ｉ・Ｎ_１＋Ｉ・Ｎ_２＝Ｉ（Ｎ_１＋Ｎ_２）
となる要領にて、自身の巻回方向との関連で配置するのが望ましい。

コイル電流を減少させること、ひいてはコイル電力を減少させることで、励磁コイルにて発生する熱が減少する。とりわけ諸部材の全体サイズが小さい場合、それら部材の熱容量が小さいことから熱発生低減は有益である。

ある実施形態によれば、上記スイッチ素子が第１スイッチ状態であるときに、第１及び第２励磁コイルの磁界により接極子を吸引及び保持するのに適した充電電流を第１及び第２励磁コイルに供給するよう、第１及び第２コンデンサが設計される。

これには、上記スイッチ素子が第１スイッチ状態であり第１及び第２回路枝が互いに並列配置されている時間セグメントにて、印加される動作電圧により第１及び第２コンデンサが充電されひいては第１及び第２回路枝に充電電流が流れる、という技術的利点がある。この段階では、第１及び第２コンデンサが低い抵抗値を呈しており且つ大充電電流が流れる大きさに設定されていることから、第１及び第２励磁コイルには第１及び第２励磁コイル内磁束及び磁界誘起に適したコイル電流が供給されるので、それにより接極子を接触ポジションへと吸引させることができる。

ある実施形態によれば、第１及び第２コンデンサの抵抗値が第２スイッチ状態にて高い抵抗値となる。

これには、上記スイッチ素子が第１スイッチ状態であり第１及び第２励磁コイルが並列接続配置されている期間に、第１及び第２コンデンサが高抵抗値の抵抗器として振る舞うので、接極子を接触ポジションに保持するのに十分な磁界を第１及び第２励磁コイルにて誘起させるのに適したコイル電流が、第１及び第２励磁コイルに確と供給される、という技術的利点がある。

ある実施形態によれば、第３ダイオード及び／又は第３ダイオード複数個の直列接続体の上流側に接続されたコイルのオーミック抵抗が、第１オーミック直列抵抗器とされる。

ある実施形態によれば、上記スイッチ素子にリードスイッチが備わる。

これには、上記スイッチ素子を磁気的に扱えるという技術的利点がある。従って、そのスイッチ素子の切換プロセスを接極子の吸引に直結させうるので、同スイッチ素子の切換プロセス及び接極子の吸引が、共に第１及び第２励磁コイルの磁界に影響されることとなる。これにより、接極子が前以て接触ポジションへと全面吸引されないままそのスイッチ素子の切換プロセスが生起することを、防ぐこともできる。

ある実施形態によれば、第１及び第２励磁コイルの磁界が上記リードスイッチ内に流される。

これには、接極子が接触ポジションへと全面吸引される時点に対して、上記スイッチ素子の切換時点を極力精密に整合させることができる、という技術的利点がある。その際、リードスイッチ所在個所における磁界が、接極子を吸引しその個所にて接極子を保持するのに必要な磁界に相当する磁界強度に到達したら直ちに切り換わり、接極子を吸引させるように上記リードスイッチを設計することで、当該スイッチ素子のスイッチ動作が、接極子が以前に接触ポジションへと全面吸引された時刻の影響を受けることになる。このリードスイッチは、好ましくは第１及び第２励磁コイルに対し隣接配置し、第１及び第２励磁コイルの漏れ磁束が生じるエリア内に位置決めする。

ある実施形態によれば、上記スイッチ素子にリードリレーが備わる。

これには、切換正確性及び切換信頼性が高い頑健（ロバスト）部材として上記スイッチ素子が設計される、という技術的利点がある。

ある実施形態によれば、ある時定数を有するＲＣ素子が上記リードリレーに前置される。

これには、上記ＲＣ素子の時定数によって、上記スイッチ素子の切換時点を、接極子が接触ポジションへと全面吸引される時点に対し整合させることができる、という技術的利点がある。これを目的とし、そのＲＣ素子を、第３オーミック抵抗器及び第３コンデンサを有するものとする。第３オーミック抵抗器及び第３コンデンサの大きさを、第１及び第２コンデンサに対し整合させる。更に、その第１及び第２コンデンサの大きさを、第１及び第２コンデンサの完全充電が接触ポジションへの接極子の完全吸引に相当することとなるよう、設定する。従って、接極子が接触ポジションへと全面吸引される時点を、第１及び第２コンデンサ充電の持続時間によって決定することができる。第１及び第２コンデンサの充電持続時間に対する同ＲＣ素子の時定数の比率との関連でそのＲＣ素子の大きさを調和させることで、接触ポジションへと接極子が完全吸引される時点に対する当該スイッチ素子の切換時点の調和を果たすことができる。加えて、そのＲＣ素子の時定数は、当該スイッチ素子又は上記リードリレーが切り換わる時点で、そのスイッチ素子にかかる電圧がほぼ０に降下し、ほぼ同一の電圧降下が第１第２励磁コイルにて生じることとなるよう、選定するのが望ましい。こうすることで、さもなくばそのスイッチ素子の切換プロセス中に第１及び第２コンデンサ上で生じていたかもしれない大きな電流ピークを、回避することができる。

ある実施形態によれば、上記スイッチ素子にトランジスタが備わる。

これには、切換正確性及び切換信頼性が高い頑健部材として上記スイッチ素子が設計される、という技術的利点がある。

ある実施形態によれば、上記トランジスタがバイポーラトランジスタとされる。

ある実施形態によれば、上記トランジスタがｐｎｐ型バイポーラトランジスタとされる。

ある実施形態によれば、上記トランジスタがｎｐｎ型バイポーラトランジスタとされる。

これには、第１及び第２励磁コイルが直列接続されている状態で切換プロセスが完遂された後に、少ししか励磁電流が流れない、という技術的利点がある。

ある実施形態によれば上記トランジスタがＭＯＳＦＥＴトランジスタとされる。

これには、第２励磁コイルでの電圧ピークが回避される、という技術的利点がある。加えて、上記トランジスタが切換プロセス中に消勢されるので、上記スイッチ素子に対する切換プロセス中の電力損失発生が回避される。

ある実施形態によれば、上記トランジスタの上流側にＲＣ素子及び分圧器が接続され、時定数がそれらＲＣ素子及び分圧器の働きで決定される。

これには、それらＲＣ素子及び分圧器の大きさ設定を通じ上記スイッチ素子の切換時点を設定できる、という技術的利点がある。これを目的とし、そのＲＣ素子を、第３オーミック抵抗器及び第３コンデンサを有するものとする。更に、その分圧器を、第４オーミック抵抗器及び第５オーミック抵抗器が備わるものとする。時定数に係るＲＣ素子及び分圧器の大きさを、充電持続時間に係る第１及び第２コンデンサの大きさ設定に対しても整合させることで、上記トランジスタの切換時点を、接極子が接触ポジションへと全面吸引される時点に対し整合させることができる。当該分圧器を介しそのトランジスタのベース接続点に当該ＲＣ素子を接続することで、そのトランジスタが導通状態へと移行し切り換わる時点を、それらＲＣ素子及び分圧器の時定数を用い規制することができる。当該ＲＣ素子及び分圧器の時定数を適宜選定することで、スイッチオフ転時に同トランジスタのコレクタエミッタ間電流に電流ピークを発生させることや、スイッチオン転及びオフ転時における電流のスティープネスを達成することができる。更に、それらＲＣ素子及び分圧器を構成する抵抗器群の抵抗値比の選定次第では、そのトランジスタのコレクタエミッタ間電流の電圧勾配及び電流ピークを低減することができる。

ある実施形態によれば、第１回路枝に更に第１ダイオードが備わり、第２回路枝に更に第２ダイオードが備わり、第１ダイオードが第１回路枝側、第１励磁コイル・第１コンデンサ間に配置され、第２ダイオードが第２回路枝側、第２コンデンサ・第２励磁コイル間に配置される。

これには、第１及び第２回路枝上で電流方向が固定される、という技術的利点がある。これは、切換プロセス中に生じることがあり第１及び第２励磁コイル直列接続体の想定電流方向に対し逆走する不要な逆方向電流を、上記トランジスタの切換プロセスにて防ぐうえでひときわ有益である。

ある実施形態によれば、上記スイッチ素子にダイオードが備わる。

ここでは上記スイッチ素子をダイオード、とりわけ上記２個のコイルが直列接続されている際にその通流方向に沿い動作する第３ダイオードとして設計する。並列接続から直列接続への切換は第１回路枝・第２回路枝間電圧差により引き起こせる。これはそのダイオードの絶縁破壊電圧以上であり、そのことは、絶縁破壊電圧未満の電圧が第１スイッチ状態、絶縁破壊電圧以上の電圧が第２スイッチ状態に相当することを意味している。加えて、第１回路枝・第２回路枝間にて、幾つかのダイオードを直列配置すること及び／又はダイオードに対し直列抵抗器を配置することで、切換時点を可変とすることができる。付加的な電圧降下がそれらダイオード及び抵抗器にて生じるため、コイルの直列接続体における電流を更に減らすことができる。熱損失を減らすことができる。

ある実施形態によれば、上記スイッチ素子に、第３ダイオードと、その第３ダイオードに直列接続された第１オーミック直列抵抗器とが備わる。

これには、上記スイッチ素子を容易に製造でき、またその切換プロセスが自動的に生起する、という技術的利点がある。そのスイッチ素子の切換プロセスのうち、第１及び第２回路枝の並列接続を第１及び第２励磁コイルの直列接続へと移行させるそれが、第１・第２回路枝間電圧差が第３ダイオードの絶縁破壊電圧以上相当になると直ちに始まる。加えて、付加的な電圧降下が、第１・第２回路枝間回路枝内で同スイッチ素子を構成している第３ダイオード及び第１オーミック直列抵抗器にて生じるので、第１及び第２励磁コイルの直列接続体における電流を更に減らすことができ、ひいては第１及び第２励磁コイルにおける熱損失をも減らすことができる。

ある実施形態によれば、上記スイッチ素子に、直列接続された複数個の第３ダイオードと、直列接続された第１オーミック直列抵抗器とが備わる。

これにより、上記複数個の第３ダイオード及び第１オーミック直列抵抗器により上記スイッチ素子の切換時点を変化させることができ、それが当該複数個の第３ダイオードの抵抗値に対し適合する、という技術的長所が実現される。

ある実施形態によれば、上記スイッチ素子にトランジスタ及びホールセンサが備わる。

これには、切換正確性及び切換信頼性が高い頑健部材として上記スイッチ素子が設計される、という技術的利点がある。更に、ホールセンサを介し、上記トランジスタの切換プロセスが、接触ポジションへと接極子を吸引させる第１及び第２励磁コイルの磁界に結び付く、という技術的長所が実現される。

ある実施形態によれば、上記ホールセンサが上記トランジスタに電気的に接続され、第１及び第２励磁コイルの磁界がそれに流される。

これには、上記ホールセンサを介し第１及び第２励磁コイルの磁界に上記トランジスタの切換挙動を結び付けることができる、という技術的利点がある。こうすることで、接触ポジションへの接極子の事前完全吸引無しで上記スイッチ素子の切換プロセスが生起することを、避けることができる。当該ホールセンサは好ましくは第１及び第２励磁コイルに対し隣接配置し、第１及び第２励磁コイルの漏れ磁束が生じるエリア内に位置決めする。

ある実施形態によれば、上記ホールセンサと、上記トランジスタのベース接続点との間に、分圧器が配置される。

これには、第１及び第２励磁コイルの磁界が上記ホールセンサ内を流れることで、その磁界に相応するホール電圧が生じ、そのホール電圧が上記トランジスタのベース端子に印加される、という技術的利点がある。第１及び第２励磁コイルの磁界が相応な限界値に達すると、同トランジスタのベース端子に相応なホール電圧が加わり、それによりそのトランジスタが導通状態へと切り換わる。同センサを適宜構成することで、或いは上記分圧器の大きさを適宜設定することによりベース端子への印加電圧を適切に適合させることで、第１及び第２励磁コイルの磁界値が接極子を接触ポジションへと完全吸引するのに十分な値であるときに当該トランジスタを導通状態にすることを、達成できる。

ある実施形態によれば、上記ホールセンサがツェナーダイオードと並列配置される。

これには、並列接続されたツェナーダイオードの働きで、印加電圧が上記ホールセンサの定格電源電圧に制限される、という技術的利点がある。

ある実施形態に係る電磁リレーは、更に、電源電圧を第１及び第２励磁コイルに印加する役目を負った第１接続接点、第２接続接点、第３接続接点及び第４接続接点を備え、第１接続接点が第１励磁コイルの巻線の始まりに電気的に接続され、第２接続接点が第１励磁コイルの巻終りに接続され、第３接続接点が第２励磁コイルの巻始めに接続され、第４接続接点が第２励磁コイルの巻終りに接続されたものである。

これには、狭設計のリレー、とりわけ全幅が小さいリレーとしてリレーを設計することができ、それを直列端子向け、とりわけ６．２ｍｍ直列端子又は３．５ｍｍ直列端子向けに用いることができる、という技術的利点がある。更に、第１及び第２励磁コイルを並列接続配置できる、という技術的長所が実現される。

ある実施形態によれば、上記リードスイッチが第２及び第３接続接点に電気的に接続される。

これにより、上記スイッチ素子がリレーの直上に形成される点で、極力空間節約的なリレーの構築という技術的長所が実現される。更に、コイル群の極力近くに上記リードスイッチを空間配置することで、第１及び第２励磁コイルの磁界で以てそのリードスイッチを確と最適充満させる、という技術的長所が実現される。これによりそのスイッチ素子の切換正確性が増し、精密に、接触ポジションへと接極子が全面吸引される時点での切換が可能となる。

ある実施形態に係る電磁リレーは、更に、第１及び第２励磁コイルに対し隣接配置され且つ第１、第２、第３及び第４接続接点に電気的に接続された回路基板を備える。

これにより、ひいては、上記スイッチ素子向けに必要な電子部品群をリレーの直上に空間節約的要領で形成しうる点で、極力空間節約的なリレーの構築という技術的長所が実現される。

ある実施形態によれば、上記スイッチ素子が上記印刷回路基板上に形成され、第２及び第３接続接点に電気的に接続され、且つ第１及び第２励磁コイルに対し隣接配置される。

これにより、ひいては、極力空間節約的なリレーの設計という技術的長所が実現される。更に、上記スイッチ素子の働きで第１及び第２励磁コイルの並列接続体をそれら第１及び第２励磁コイルの直列接続体に切り換えることができる、という技術的長所が実現される。

ある実施形態によれば、上記リードリレーが上記印刷回路基板上に形成され、第２及び第３接続接点に電気的に接続され、且つ第１及び第２励磁コイルに対し隣接配置される。

これにより、ひいては、極力空間節約的なリレーの設計という技術的長所が実現される。更に、上記リードリレーの働きで第１及び第２励磁コイルの並列接続体をそれら第１及び第２励磁コイルの直列接続体に切り換えることができる、という技術的長所が実現される。

ある実施形態によれば、上記トランジスタが上記印刷回路基板上に形成され、そのトランジスタのエミッタ接続点が第２接続接点に電気的に接続され、同トランジスタのコレクタ接続点が第３接続接点に電気的に接続される。

これにより、ひいては、極力空間節約的なリレーの設計という技術的長所が実現される。更に、上記トランジスタの働きで第１及び第２励磁コイルの並列接続体をそれら第１及び第２励磁コイルの直列接続体に接続することができる、という技術的長所が実現される。

ある実施形態によれば、上記ホールセンサが上記回路基板上に形成され、第１及び第２励磁コイルに対し隣接配置される。

これにより、ひいては、極力空間節約的なリレーの設計という技術的長所が実現される。更に、コイルの極力近くに上記ホールセンサが空間配置されるため、第１及び第２励磁コイルの磁界によりそのホールセンサが確と最適充満される、という技術的長所が実現される。これにより上記スイッチ素子の切換正確性が増し、精密に、接触ポジションへと接極子が全面吸引される時点での切換が可能になる。

ある実施形態によれば、互いに逆側に配置された２本の平行脚を有するＵ字状ヨークとして、上記ヨークが設計される。

これにより、ひいては、極力空間節約的なリレーの設計という技術的長所が実現される。更に、上記ヨークにて２個の励磁コイルを受け入れることができる、という技術的長所が実現される。

ある実施形態によれば、上記Ｕ字状ヨークの脚のうち１本の一端にて旋回させうるよう接極子が設計される。

ある実施形態によれば、ヨークの脚上に第１及び第２励磁コイルがそれぞれ配置される。

これにより、接極子を吸引及び保持するのに必要な巻線を２個の空間分離されたコイル間で分担できる点で、極力空間節約的なものとなるよう本リレーを設計できる、という技術的長所が実現される。

添付図面を参照し更なる例示的諸実施形態を説明する。図面には以下のものが示されている。

本発明の実施形態に係るリレーの等価回路図である。本発明の更なる実施形態に係るリレーの等価回路図である。本発明の更なる実施形態に係るリレーの等価回路図である。本発明の更なる実施形態に係るリレーの等価回路図である。本発明の更なる実施形態に係るリレーの等価回路図である。本発明の更なる実施形態に係るリレーの等価回路図である。本発明の実施形態に係るリレーの模式的前面図である。本発明の更なる実施形態に係るリレーの模式的前面図である。図７ａ中のリレーの模式的底面図である。本発明の更なる実施形態に係るリレーの模式的前面図である。図８ａ中のリレーの模式的底面図である。本発明の更なる実施形態に係るリレーの模式的前面図である。

図１に、本発明の実施形態に係るリレー１００の等価回路を示す。本電磁リレー１００はヨーク６０１並びにそのヨーク６０１上に可旋回配置された接極子６０２を備えており（共に図１には示さず）、ヨーク６０１に対する接極子６０２のポジションには開放ポジション及び接触ポジションがあり、そして磁界により開放ポジションから接触ポジションへと吸引されその接触ポジションにて保持されるよう接極子６０２が形成されている。

図１によれば、電磁リレー１００は更に、第１コンデンサ１０１－２及びそれに直列接続された第１励磁コイル１０１－１を有する第１回路枝１０１を備えており、第２コンデンサ１０２－２及びそれに直列接続された第２励磁コイル１０２－１を有する第２回路枝１０２を備えており、接極子６０２を吸引及び保持するための磁界を供給するよう第１励磁コイル１０１－１及び第２励磁コイル１０２－１が設計されており、第１回路枝１０１・第２回路枝１０２間に配置されていて第１スイッチ状態及び第２スイッチ状態を呈するスイッチ素子１０３を備えており、スイッチ素子１０３が第１スイッチ状態であるときには第１回路枝１０１及び第２回路枝１０２が並列接続配置となり、スイッチ素子１０３が第２スイッチ状態であるときには第１励磁コイル１０１－１及び第２励磁コイル１０２－１が直列接続配置となり、そして上記第１及び第２コイルの磁界により接極子６０２が接触ポジションへと吸引されたときに第１スイッチ状態から第２スイッチ状態へと切り換わるようスイッチ素子１０３が設計されている。

図１によれば、第１励磁コイル１０１－１は第１オーミック抵抗器１０１－１１及び第１インダクタ１０１－１２を有しており、第２励磁コイル１０２－１は第２オーミック抵抗器２－１１及び第２インダクタ１０２－１２を有している。

スイッチ素子１０３は、第１励磁コイル１０１－１及び第１コンデンサ１０１－２と第２コンデンサ１０２－２及び第２励磁コイル１０２－１との間に自スイッチ素子１０３が配置される態で、第１回路枝１０１・第２回路枝１０２間に配置されている。

スイッチ素子１０３が第１スイッチ状態であるとき、好ましくはそのスイッチ素子１０３が開スイッチ状態でありスイッチ素子１０３の抵抗値が高いときには、第１回路枝１０１及び第２回路枝１０２が互いに並列配置される。

電圧源１０４により電源電圧を印加すると第１コンデンサ１０１－２及び第２コンデンサ１０２－２が充電される。第１，第２コンデンサ１０１－２，１０２－２が充電される一方で、それに対応する充電電流が第１，第２回路枝１０１，１０２の第１，第２励磁コイル１０１－１，１０１－２に流れる。第１，第２コンデンサ１０１－２，１０２－２の大きさが適宜設定されているので、その充電電流が第１，第２励磁コイル１０１－１，１０２－１に流れることで好適にもその第１，第２励磁コイル１０１－１，１０２－１内に磁気流を発生させることができ、そのコイルから相応な磁界が作用するので好適にもリレー１００の接極子６０２を接触ポジションへと全面吸引させることができる。第１及び第２コンデンサ１０１－２，１０２－２の大きさは、接極子６０２が接触ポジションへと全面吸引されたときに第１，第２コンデンサ１０１－２，１０２－２が満充電されて高い抵抗値を呈するようにも、設定されている。

スイッチ素子１０３が第２スイッチ状態、好ましくはそのスイッチ素子１０３の抵抗値が低くなる閉状態へとスイッチ素子１０３が切り換わると、第１及び第２回路枝１０１，１０２の並列接続がそれら第２及び第２励磁コイル１０１－１，１０２－１の直列接続へと切り換わる。

第１，第２コンデンサ１０１－２，１０２－２が、スイッチ素子１０３の切換時点で高抵抗値であり、第１及び第２励磁コイル１０１－１，１０２－１の直列接続体の一部分ではないため、主電流路は確と、第１及び第２励磁コイル１０１－１，１０２－１の直列接続体沿いとなる。

第１及び第２回路枝１０１，１０２の並列接続が第１及び第２励磁コイル１０１－１，１０２－１の直列接続に切り換わると、それら第１及び第２励磁コイル１０１－１，１０２－１の合計抵抗値が増加する。その結果、外部印加電圧が同じ値に保たれている許でコイル電流が減少し、その関連で第１，第２励磁コイル１０１－１，１０２－１の磁気流及び磁界が減少するため、電力損失を低減することができる。

スイッチ素子１０３の切換プロセスのうち、第１スイッチ状態から第２スイッチ状態へと切り換わるそれは、接極子６０２が接触ポジションへと全面吸引された後に生起する。

図１Ａに、更なる実施形態に係るリレー１００の等価回路を示す。実施形態におけるスイッチ素子１０３は、第３ダイオード１０３－１と、その第３ダイオード１０３－１の上流側に直列接続された第１オーミック直列抵抗器１０３－３とを備えている。第３ダイオード１０３－１及びその上流に直列接続されている第１オーミック直列抵抗器１０３－３の働きによって、スイッチ素子１０３の切換プロセスにて第１及び第２回路枝１０１，１０２の並列接続が第１及び第２励磁コイル１０１－１，１０２－１の直列接続へと移行する時刻を、第１回路枝１０１・第２回路枝１０２間電圧差に結び付けることができる。スイッチ素子１０３は、第１回路枝１０１・第２回路枝１０２間電圧差が第３ダイオード１０３－１の絶縁破壊電圧相当になると直ちに、然るべく切り換わる。

実施形態によっては（図１Ａには示さず）、スイッチ素子１０３が、直列接続された複数個の第３ダイオード１０３－１と、直列接続された複数個の第１オーミック直列抵抗器１０３－３とを備える。こうすることで、スイッチ素子１０３の切換プロセスの時点を可変にすることができる。

実施形態によっては（図１Ａには示さず）、第３ダイオード１０３－１及び／又は直列接続された複数個の第３ダイオード１０３－１の上流側にコイルを接続し、そのコイルのオーミック抵抗を以て第１オーミック直列抵抗器１０３－３とする。

図２に、本発明の更なる実施形態に係るリレー１００の等価回路を示す。実施形態におけるスイッチ素子１０３はリードスイッチ２０１を備えている。接極子６０２を接触ポジションへと全面吸引させるのに十分な磁界に相当する所定の限界値を第１，第２励磁コイル１０１－１，１０２－１の磁界が上回ると、直ちにリードスイッチ２０１が切り換わるので、リードスイッチ２０１の働きで、第１，第２励磁コイルの磁界によりスイッチ素子１０３の切換プロセスをトリガすることができる。

図３に、本発明の更なる実施形態に係るリレー１００の等価回路を示す。実施形態におけるスイッチ素子１０３はリードリレー３０１を備えている。そのリードリレー３０１が、更に、第３オーミック抵抗器３０２－１及び第３コンデンサ３０２－２を備えるＲＣ素子３０２に接続されている。ＲＣ素子３０２の時定数を調整することでリードリレー３０１の切換時点を設定できるので、ＲＣ素子３０２の時定数を第１及び第２コンデンサ１０１－２，１０２－２の充電期間と調和させること、ひいては接極子６０２が接触ポジションへと全面吸引された後でしかリードリレー３０１の切換プロセスが生起しないようにすることができる。

図４に、本発明の更なる実施形態に係るリレー１００の等価回路を示す。実施形態におけるスイッチ素子１０３はトランジスタ４０１を備えている。トランジスタ４０１は、ベース接続点を介し、第４オーミック抵抗器４０５－１及び第５オーミック抵抗器４０５－２を備える分圧器４０５と、１個の第３オーミック抵抗器３０２－１及び第３コンデンサ３０２－２を備えるＲＣ素子３０２とに、接続されている。ＲＣ素子３０２の大きさと分圧器４０５に備わる第４，第５オーミック抵抗器４０５－１，４０５－２の大きさを設定することで、トランジスタ４０１の切換時点を、接極子６０２が接触ポジションへと全面吸引される時間に対し整合させることができる。

図４によれば、第１回路枝１０１が更に第１ダイオード４０２を有しており、第２回路枝１０２が第２ダイオード４０３を有している。第１ダイオード４０２は第１励磁コイル１０１－１・第１コンデンサ１０１－２間、第２ダイオード４０３は第２コンデンサ１０２－２・第２励磁コイル１０２－１間に配置されているので、トランジスタ４０１が導通状態であり従ってスイッチ素子１０３が第２スイッチ状態であるときには、第１及び第２ダイオード４０２，４０３が第１及び第２励磁コイル１０１－１，１０２－１の直列接続体の構成部分となる。

図５に、本発明の更なる実施形態に係るリレー１００の等価回路を示す。実施形態におけるスイッチ素子１０３はトランジスタ４０１及びホールセンサ５０１を備えている。ホールセンサ５０１が分圧器４０５を介しトランジスタ４０１のベース端子に接続されているので、そのトランジスタ４０１の切換プロセスを第１，第２励磁コイル１０１－１，１０２－１の磁界に結び付けることができる。第１，第２励磁コイル１０１－１，１０２－１の磁界が所定の限界値を上回ると、ホールセンサ５０１のホール電圧がトランジスタ４０１のベース接続点に印加されるため、トランジスタ４０１が非導通状態から導通状態へと切り換わり、ひいてはスイッチ素子１０３の切換プロセスのうち第１スイッチ状態から第２スイッチ状態へのものが行われる。従って、これにより、接極子６０１が接触ポジションへと全面吸引された後でしかトランジスタ４０１の切換プロセスが生起しないようにすることが、達成される。電圧源１０４の電源電圧をホールセンサ５０１の定格電源電圧に制限すべく、ツェナーダイオード５０２もそれに並列接続されている。

図６に、本発明の実施形態に係るリレー１００の模式的前面外観を示す。実施形態に係るリレー１００は、ヨーク６０１及びそのヨーク６０１上に可旋回実装された接極子６０２を備えている。実施形態におけるヨーク６０１は、逆側に配置された２本の平行脚付のＵ字状ヨークとして設計されており、接極子６０２は、それら脚のうち１本の端部（図６には示さず）にて旋回させうるよう設計されていて、ヨーク６０１の他方の脚の端部に接極子６０２が接触しているときに接触ポジションとなる。実施形態における第１，第２励磁コイル１０１－１，１０２－１は、ヨーク６０１に備わり互いに逆側に配置されている２本の脚上に、それぞれ配置されている。

実施形態に係るリレー１００は第１接続接点６０４、第２接続接点６０５、第３接続接点６０６及び第４接続接点６０７を備えている。更に、実施形態における第１接続接点６０４は第１励磁コイル１０１－１の巻始め、第２接続接点６０５は第１励磁コイル１０１－１の巻終りに接続されており、第３接続接点６０６は第２励磁コイル１０２－１の巻始め、第４接続接点６０７は第２励磁コイル１０２－１の巻終りに接続されている。更に、リレー１００は、対応する直列端子による自リレー１００の接続に適した接続ピン６０３を２本有している。

実施形態では、第１励磁コイル１０１－１・第２励磁コイル１０２－１間にリードスイッチ２０１が配置され、第３及び第４接続接点６０６，６０７に接続されている。実施形態におけるリードスイッチ２０１は第１及び第２励磁コイル１０１－１，１０２－１に対し隣接配置されており、且つ第１及び第２励磁コイル１０１－１，１０２－１の漏れ磁束が生じるエリア内に位置決めされている。

図７ａ及び図７ｂに、本発明の更なる実施形態に係るリレー１００の模式的別角度外観を示す。実施形態では、ヨーク６０１に備わる２本の脚の接続セクションの前部領域内に、印刷回路基板７０１が形成されている。回路基板７０１は、第１、第２、第３及び第４接続接点６０４，６０５，６０６，６０７に電気的に接続されており、スイッチ素子１０３その他の電子部品を保持するのに用いられている。実施形態ではリードリレー３０１が回路基板７０１上に形成されている。

図８ａ及び図８ｂに、本発明の更なる実施形態に係るリレー１００の模式的別角度外観を示す。実施形態ではトランジスタ４０１が回路基板７０１上に形成されている。

図９に、本発明の更なる実施形態に係るリレー１００の更なる模式的概観を示す。実施形態ではホールセンサ５０１が回路基板７０１上に形成されている。

１００リレー、１０１第１回路枝、１０１－１第１励磁コイル、１０１－１１第１オーミック抵抗器、１０１－１２第１インダクタ、１０１－２第１コンデンサ、１０２第２回路枝、１０２－１第２励磁コイル、１０２－１１第２オーミック抵抗器、１０２－１２第２インダクタ、１０２－２第２コンデンサ、１０３スイッチ素子、１０３－１第３ダイオード、１０３－３第１オーミック直列抵抗器、１０４電圧源、
２０１リードスイッチ、
３０１リードリレー、３０２ＲＣ素子、３０２－１第３オーミック抵抗器、３０２－２第３コンデンサ、
４０１トランジスタ、４０２第１ダイオード、４０３第２ダイオード、４０５分圧器、４０５－１第４オーミック抵抗器、４０５－２第５オーミック抵抗器、
５０１ホールセンサ、５０２ツェナーダイオード、
６０１ヨーク、６０２アンカー、６０３接続ピン、６０４第１接続接点、６０５第２接続接点、６０６第３接続接点、６０７第４接続接点、
７０１回路基板。

Claims

電磁リレー（１００）であり、ヨーク（６０１）及び接極子（６０２）を備え、その接極子が、当該ヨーク（６０１）上に可旋回配置されており、当該ヨーク（６０１）との関わりで開放ポジション及び接触ポジションを有し、且つ磁界により開放ポジションから接触ポジションへと吸引されその接触ポジションにて保持されるよう設計されている、リレー（１００）であって、
第１コンデンサ（１０１－２）及びそれに直列接続された第１励磁コイル（１０１－１）を有する第１回路枝（１０１）を備え、
第２コンデンサ（１０２－２）及びそれに直列接続された第２励磁コイル（１０２－１）を有する第２回路枝（１０２）を備え、
上記接極子（６０２）を吸引及び保持するための磁界を供給するよう第１励磁コイル（１０１－１）及び第２励磁コイル（１０２－１）が設計されており、
第１回路枝（１０１）・第２回路枝（１０２）間に配置されており第１スイッチ状態及び第２スイッチ状態を呈するスイッチ素子（１０３）を備え、
上記スイッチ素子（１０３）が第１スイッチ状態であるときに第１回路枝（１０１）及び第２回路枝（１０２）が並列接続配置となり、当該スイッチ素子（１０３）が第２スイッチ状態であるときに第１励磁コイル（１０１－１）及び第２励磁コイル（１０２－１）が直列接続配置となり、上記スイッチ素子（１０３）がリードスイッチ（２０１）を備え、
上記第１及び第２コイルの磁界によって上記接極子（６０２）が接触ポジションへと吸引されたときに第１スイッチ状態から第２スイッチ状態へと切り換わるよう上記スイッチ素子（１０３）が設計されている電磁リレー。
請求項１に係る電磁リレー（１００）であって、上記スイッチ素子（１０３）が第１スイッチ状態であるときに、第１及び第２励磁コイル（１０１－１，１０２－１）の磁界により上記接極子（６０２）を吸引及び保持するのに適した充電電流を第１及び第２励磁コイル（１０１－１，１０２－１）に供給するよう、第１及び第２コンデンサ（１０１－２，１０２－２）が設計されている電磁リレー。
請求項１又は２に係る電磁リレー（１００）であって、上記第１及び第２コンデンサ（１０１－２，１０２－２）が第２スイッチ状態にて高い抵抗値を呈する電磁リレー。
請求項１に係る電磁リレー（１００）であって、第１及び第２励磁コイル（１０１－１，１０２－１）の磁界が上記リードスイッチ（２０１）内を流れる電磁リレー。
請求項１に係る電磁リレー（１００）であって、上記スイッチ素子（１０３）がリードリレー（３０１）を備える電磁リレー。
請求項５に係る電磁リレー（１００）であって、ある時定数を有するＲＣ素子（３０２）が上記リードリレー（３０１）に前置されている電磁リレー。
請求項１～６のうち何れか一項に係る電磁リレー（１００）であって、更に、電源電圧を第１及び第２励磁コイル（１０１－１，１０２－１）に印加する役目を負った第１接続接点（６０４）、第２接続接点（６０５）、第３接続接点（６０６）及び第４接続接点（６０７）を備え、第１接続接点（６０４）が第１励磁コイル（１０１－１）の巻始めに電気的に接続されており、第２接続接点（６０５）が第１励磁コイル（１０１－１）の巻終りに接続されており、第３接続接点（６０６）が第２励磁コイル（１０２－１）の巻始めに電気的に接続されており、第４接続接点（６０７）が第２励磁コイル（１０２－１）の巻終りに接続されている電磁リレー。
請求項７に係る電磁リレー（１００）であって、更に、第１及び第２励磁コイル（１０１－１，１０２－１）に対し隣接配置され且つ第１、第２、第３及び第４接続接点（６０４，６０５，６０６，６０７）に電気的に接続されている、回路基板（７０１）を備える電磁リレー。
請求項８に係る電磁リレー（１００）であって、上記スイッチ素子（１０３）が、上記回路基板（７０１）上に形成され、第２及び第３接続接点（６０５，６０６）に電気的に接続され、且つ第１及び第２励磁コイル（１０１－１，１０２－１）に対し隣接配置されている電磁リレー。