リレー完全ガイド：種類・用途・歴史から選定基準まで徹底解説

多くの電子・機械機器は、微小電気入力を大電流出力へ変換するリレーを必要とします。伝統的にリレーは長距離電信回路の信号中継器として用いられ、入力信号を別回路で再送信しリフレッシュしました。電話交換機や初期コンピューターで論理演算にも広く採用されました。

多様な用途要件に対応するため多数のリレータイプが存在します。本記事では、リレーの定義、機能、用途、選定基準、構成部品、図解、種類、作動原理、メリット・デメリットを網羅的に解説します。

リレーとは

リレーは電磁誘導で微小電気入力を大電流へ変換する電気スイッチです。電気入力で電磁石を励磁し、既存回路を形成または遮断します。

微弱入力で大電流を制御するため、リレーは用途に応じてスイッチまたは増幅器として機能します。

また、電磁石通電で動作・非動作する磁気動作スイッチとも定義されます。リレー入力端子への印加電圧で電磁石が励磁されます。

リレーは1835年、米国科学者ジョセフ・ヘンリーにより発明されました。

リレーの機能

• 回路制御が必要な箇所でスイッチとして機能する
• 電磁石で接点を開閉するタイプがある
• 過負荷・故障から電気回路を保護する保護リレーとして機能
• 設定時間のみ動作、または設定時間後に動作開始するタイムディレイ機能
• 電動モーターや照明負荷のスイッチング
• 単一リレーで複数接点を連動させ、いずれかが停止すれば全接点停止（安全リレー）
• 無線送受信機が1アンテナを共有する際、送信/受信切替用トランスミット・レシーブリレーとして機能

リレーの用途

• リレー回路で論理機能実現、安全クリティカルロジックに重要
• タイムディレイ機能：接点の遅延オープン/クローズ制御
• 低電圧信号で高電圧回路制御、低電流信号で大電流回路制御
• 受信検出・送信時隔離で機器保護

過負荷リレーは電動モーターを電力故障・過負荷から守る電磁機械デバイスです。モーター突入電流による損傷防止に用いられます。サーキットブレーカー/ヒューズと異なり、急激なトリップでモーター停止させません。サーマル過負荷リレーが最も一般的で、バイメタルストリップが過電流による温度上昇で曲がり、コンタクターと接触してコンタクターを非励磁・モーターへの給電遮断・システム停止させます。

リレー選定の考慮点

• 保護機能：過負荷/突発電圧スパイクからシステムをどう守るか。接点保護（インダクタ使用回路のアーク低減）、コイル保護（切替時サージ電圧低減）も考慮
• 全規制認証取得済み標準リレーを検討
• 高速切替リレー：スイッチングタイムが重要なら検討
• 定格電流・電圧：電流は数A〜約300A、電圧は300V AC〜600V AC。高圧用は約15,000V対応品も存在
• コイル回路と接点間の絶縁性
• 接点タイプ：NC/NO/クローズド接点の把握
• 「メイクビフォアブレーク」か「ブレークビフォアメイク」か

リレーシステムの構成部品

• フレーム：各部品を収容・支持する耐久性容器/フレーム
• コイル：金属芯に巻かれたワイヤー。電磁界発生部品
• アーマチュア：接点を開閉する可動部品。復帰用スプリング付き
• 接点：回路をメイク/ブレークさせる導電部品

リレーには励磁回路（コイル側）と接点回路があります。コイル通電で磁界発生・励磁。ACでは極性秒間120回変化、DCでは固定。

磁気コイルがフェライトプレート（アーマチュア一部）を吸引。アーマチュアの一端は金属フレーム固定で枢動可能、他端で接点を開閉（構成は多様）。

これら構成はブレーク数、ポール数、スロー数に依存。例：単極単投(SPST)、二極単投(DPST)等。

ブレーク（開路数）

単一電気回路を開閉するための独立接点数。シングルブレーク(SB)は1箇所、ダブルブレーク(DB)は2箇所で開路。SBは表示灯等低電力デバイス、DBはソレノイド等高電力デバイスで使用。

ポール（極数）

リレーがスイッチングできる独立回路数。単極(SP)は1回路のみ、二極(DP)は2独立回路同時制御。最大12極まで設計可能。

スロー（投数）

極あたりの閉路接点位置数。単投は1回路制御、双投は2回路制御。

まとめると、電磁リレーは軟鉄心に巻かれたコイル(ソレノイド)、磁束低リラクタンスパスのアイアンヨーク、可動鉄製アーマチュア、1組以上の接点で構成されます。

リレーの回路図

（図解は別途参照）

リレーの種類

ラッチングリレー

動作後も状態を保持。インパルスリレー、キープリレー、ステイリレーとも呼ばれる。動作後コイル電流除去しても最後の接点位置を維持。内部磁石で接点位置保持し、位置維持に電力不要。消費電力・放熱抑制用途で採用。

ソリッドステートリレー（SSR）

BJT、サイリスタ、IGBT、MOSFET、TRIAC等半導体部品でスイッチング動作。電磁機械式リレーと比較し、回路制御に必要な電力が極めて小さいため、得られる電力ゲインが大きい。AC/DC両電源対応。

機械的接点がないため高速スイッチング可能。制御信号応答で負荷への給電オン/オフを行うセンサー(電子デバイス)内蔵。

リードリレー

電磁機械式同様、物理接点の機械動作で開閉。しかし質量が小さく接点も微小。リードスイッチがアーマチュアとして巻線され、不活性ガス充填ガラス管に2枚の重なり合うリード/フェライトブレードが気密封入。

差動リレー

2つ以上の同種電気量の位相差が所定値超過で動作。電流差動リレーは、保護対象系への流入/流出電流の大きさ・位相差比較で動作。正常時は流入/流出電流が大きさ・位相とも等しく非動作。故障時は不等になり動作。

偏極リレー

通電電流方向に極めて敏感。永久磁石による追加磁界でアーマチュアを駆動するDC電磁リレー。永久磁石・電磁石・アーマチュアで磁気回路構成。バネ力でなく磁力でアーマチュア吸引/反発。アーマチュアは永久磁石で、電磁石極面間に配置。

ブッフホルツリレー

ガス動作/作動リレー。初期は軽微だが時間経過で重大故障へ発展する潜在故障/内部故障検出用。主に変圧器保護で、変圧器タンクとコンサベーター間の室に取付。油入変圧器専用で、送配電システムで使用。

逆限時特性リレー（IDMTリレー）

高値故障電流に定時特性、低値故障電流に逆時特性を提供。配電線保護に広く使用、電流・時間設定が可能。ピックアップ値近傍では動作時間が故障電流にほぼ反比例。

過負荷保護リレー

電動モーター/回路への過電流保護専用。固定バイメタル、電子式/交換可能ヒーターバイメタル等タイプ多数。モーター過負荷時、過電流からシステム保護のため必須。熱動リレー等過負荷検知装置を採用。コイルでバイメタル/半田ポット加熱・溶融させ動作。

作動原理

リレーの作動原理はタイプ・設計目的により異なります。基本的な電磁リレーは、軟鉄心に巻かれたコイル、磁束低リラクタンスパスのアイアンヨーク、可動鉄製アーマチュア、1組以上の接点で構成されます。

アーマチュアはヨークにヒンジ固定され、可動接点と機械連結。バネで保持され、非励磁時に磁気回路にエアギャップ形成。タイプにより、非励磁時に1組接点閉路・他組開路の場合あり。

目的により接点組数は変化。アーマチュア-ヨーク間に導線があり、可動接点間の回路連続性確保。コイル通電で磁界発生・アーマチュア動作、可動接点が固定接点とメイク/ブレーク。

非励磁時閉路接点なら動作で開路、開路なら閉路。コイル電流遮断でアーマチュアは磁気力約半分の力(バネ力、工業用モータースターターでは重力も)で原位置復帰。

リレー作動の解説動画

（動画は別途参照）

リレーのメリット・デメリット

メリット

• 遠隔デバイス制御可能
• 接点切替容易
• 駆動部と作動部を絶縁分離
• 高温環境で良好動作
• 微小電流で大電力機械を駆動可能
• 単一信号で複数接点同時制御可能
• DC/AC両方スイッチング可能

デメリット

• 接点が経年劣化(摩耗、酸化等)で損傷
• スイッチングタイムが長い
• 接点動作音が騒音になる場合がある

結論

リレーは必要なリレー効果に応じて多様な目的で機器に搭載される優れた部品です。本詳細記事では定義、機能、用途、選定基準、種類、作動原理、メリット・デメリットを網羅しました。

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