リードリレー完全ガイド：基礎から応用まで徹底解説
電気回路において、リレーは回路接点を開閉するスイッチの役割を果たします。リレーは電気機械的または電子的に動作します。さらに、リレーは機械式リレーと半導体リレーの2グループに分類されます。本記事では、リードリレーと呼ばれる機械式リレーの一種を包括的に解説します。
準備はいいですか？始めましょう。
リードリレーとは？
前述の通り、リードリレーは機械式リレーの一種です。機械的という意味は、接点が機械的に開閉することです。
リードリレーは、電磁コイルを用いて1個、最大で8個までのリードスイッチを制御します。リードスイッチ（またはスイッチ）はリレーコイル内にあり、ボビンに巻かれた自己完結型の銅線で構成されます。
リードスイッチ
構造比較：リレー vs リードリレー
このセクションでは、一般的なリレーとリードリレーの比較と違いを理解します。
リードリレーは機械式ですが、（従来の）電磁リレーとは異なります。
電磁リレー
例えば、電磁リレーは入力回路のアーマチュアと電磁コアの間にある吸引力で動作します。つまり、このタイプのリレーはサイズが大きく、動作が遅く、寿命は短いですが信頼性は高いです。
一方、リードリレーはよりコンパクト、高速動作、高エネルギー効率、長寿命です。さらに、入力側・出力側・負荷側を問わず、より高い電圧を扱えます。
リードリレーの断面図
出典：Wikimedia Commons
リードリレーの動作原理
リードリレーは比較的シンプルに動作します。電圧を印加すると、リードリレーの電磁コイルが電流を生成します。次に、電磁コイルが生成した電流により磁場が発生し、リードリレーのスイッチ接点が閉じます。一方、電圧を取り除くと、電磁コイルがリードリレーのスイッチ接点を開きます。
リードリレーの動作
出典：Wikimedia Commons
リードリレーの特性
- コンパクトなサイズ
- 高速動作
- 長寿命
- 信頼性が高い
- 高い柔軟性
- 優れた電気的性能
- 非常に安全
リードリレーの用途
リードリレーは高い柔軟性と何より長寿命という評判から、業界の専門家が多数の用途を見出しています。それらには：
- 地熱、鉱業、石油、ガス生産装置における本質安全
- 医療機器の電圧絶縁
- 再生可能エネルギーの電圧絶縁
- 試験装置、集積回路、多重化器の高密度マトリクス
- 車載バッテリーシステムの調整と管理
車載バッテリー
適切なリレーの選び方
適切なリレーを選ぶには、様々なリレータイプとその用途を知る必要があります：
- FETスイッチ：低電圧用途、高速多重化器構成
- ソリッドステートリレー(SSR)：多重化器とマトリクス
- 電気機械式リレー：汎用構成、多重化器、マトリクス
適切なリレーを選択するには：
- 必要電流量を考慮（負荷によって要求が異なる）
- 負荷駆動電圧：リレー電圧定格は負荷駆動電圧以上であること
- リレーのスイッチング速度を確認
応用回路例
以下にリードリレーをスイッチング用途で使用する回路を示します。
電流監視回路
この回路は、抵抗、LED、リードスイッチを用いて回路を流れる電流の有無を表示します。
抵抗
通常、リードスイッチには10〜110アンペアターン(AT)が必要です。アンペアターンはコイル巻数とコイル電流の積で計算します。アンペアターンが低いほどリードスイッチの感度は高くなります。
例えば、両球点灯時の自動車ヘッドライトは12V動作で最大8アンペア必要です。50ATのリードスイッチで電流を監視するには、コイルを8ターン巻く必要があります。球切れで電流が減少すると、リードスイッチが接点を開き、球を消灯させます。
動作原理
電流モニター1
電流モニター1
上図では、リードスイッチが閉じているときのみLEDが点灯し、電流が存在することを示します。
電流モニター2
電流モニター2
ここでは逆で、リードスイッチが開いているときにLEDが点灯し、電流がないことを知らせます。
食器棚ライトスイッチ
食器棚ライトとは、タイマー付き自動LEDランプです。物を取り出す際に食器棚を明るく照らすために使用します。扉を開けるとLEDが1〜3分間点灯し、閉めると消灯します。
食器棚ライトスイッチ回路図
動作原理
上記回路では、C2とR2が電球点灯時間（1〜2分）を決定。IC1 NE555タイマーが遅延時間を提供します。9V電池が回路に必要な電力を供給し、リードリレースイッチが自動化を可能にします。扉を閉めると磁石がスイッチに近づき、強磁性体であるリード接点が離れ、LEDが消灯します。扉を開けるとリード接点が接触し、回路に通電。タイマーのピン2がグランドトリガーされることでタイマーが作動、出力が上昇して電球が点灯します。食器棚ライトを自作するなら、回路と磁石を近づけることを業界専門家は推奨します。ギャップサイズを小さくすることが実用的な回路に不可欠です。
Arduinoセキュリティアラーム
このArduinoセキュリティアラーム回路は、フロントエンドセンサーが侵入未遂を検知すると大音量を発生させます。さらにLCDスクリーンで性能を向上させています。
Arduinoセキュリティアラーム回路
出典：Electroschematics
動作原理
アラームをオンにすると、回路は即座にスタンバイモードになり、LCD画面に「ALARM」と表示されます。システムはバー磁石とN/Oリードスイッチを使用して異常を検知します。スタンバイ時はリードスイッチが「閉」（リード接点接続）であることを確認してください。リードスイッチが開くと、抵抗R2と圧電スピーカーの助けでArduinoピンがハイになり、アラーム信号を発します。結果としてLCD画面に「ALARM ACTIVATED」と表示され、Arduinoボードのリセットスイッチが働くまでメッセージが表示され続けます。このシステムはアラームが作動した回数を所有者に知らせることもできます。また、R2はLCDバックライト電流の減衰器、P1は表示差動管理器として機能します。
ドア開放アラーム
このブザー回路は、リードスイッチとバー磁石をセンサーとして使用します。
動作原理
扉を閉めるとバー磁石がリードスイッチに近づき、磁性材料で作られた接点が閉じたままになります。結果として入力端子のローロジック状態がブザー回路を無効化します。一方、扉を開けると磁石がリードスイッチから離れて開きます。ハイロジック状態になり、スピーカーが0.8秒オン、0.8秒オフの周期で連続ビープ音を発します。回路組み立て後、外部汚染から守るためプラスチックケースに収め、磁石をリレースイッチに向けて一直線に取り付けてください。
ドア開放アラーム回路
リードリレーの利点
- 50mΩ未満の接点抵抗
- 最大7GHzの周波数スイッチング/RFスイッチング
- 10,000Vまでスイッチング可能
- 1個のリレーで1〜8個のリードリレーを制御
- ナノボルトスイッチングレンジ（低電圧）
- AEC-Q200 KTシリーズ自動車規格テスト済み
- 腐食とデブリから気密封止で保護
- 危険な場所でも信頼性発揮
- 負荷依存で数十億回の寿命スイッチング
- ATEX、VDA、CSA規格に準拠して構築
- 低消費電力
まとめ
リードリレーは多くの機能を自動化し、セキュリティ向上と事故削減に貢献してきました。本記事を通じて、リードリレーとその応用についてより深い理解を得られたことを願います。更なる情報が必要な場合は、いつでもお問い合わせください。
産業技術