カーリレーは基本的に電磁スイッチのように機能し、微弱な電気信号でも安全に大きな電気作業を処理できるようにします。たとえば、誰かがヘッドライトを点灯させたり、燃料ポンプを起動する場合を想像してみてください。通常は5〜12ボルトの信号がリレー内部の銅製コイルに送られます。これにより磁場が生成され、リレー内部の部品を動かします。動く部分（アーマチュアと呼ばれる）が内部の接点を接続または切断し、対応する回路を完成させたり、遮断したりします。このシステムが巧妙な点は、ハンドル周りにある小さなボタンが、直接危険な電気を取り扱うことなく、巨大なコンポーネントを制御できるようにしていることです。多くの整備士が、この仕組みが何十年にもわたって自動車の電気火災を防いでいると語っています。
信頼性の高いスイッチングを実現する4つの主要コンポーネントが協働して動作します。
| 構成部品 | 機能 |
|---|---|
| コイル | 通電時に磁場を発生させる |
| アーマチュア | 接点を橋接または分離する動作 |
| 連絡先 | 閉じた状態（通常開放）で電流を流す |
| 端子 | 制御回路および負荷回路に接続する |
コイル（端子85/86）および接点群（端子30/87）は電気的に絶縁されており、高電流負荷が敏感な制御システムに干渉しないことを保証する
絶縁機能は、実際に、エンジンコントロールユニット（ECU）やパワートレインコントロールモジュール（PCM）など、重要な電子部品を危険な電圧スパイクや、私たちがよく知っている厄介な誘導性のキックバックから保護します。制御用途には1アンペア未満しか必要としない一方で、約40アンペアの負荷を管理する必要がある場合において、これらのリレーは同時に複数の作業を効率よく実行します。それらは突然オフにした際にスイッチがアークを発生するのを防ぎ、修理交換にかかるコストを長期的に節約します。また、システム全体で必要な接続数が減るため、配線がはるかに簡単になります。つまり、全体的な信頼性も向上するということです。たとえば、燃料噴射装置やスマートヘッドライトなど、コンピュータ制御システムを備えた現代の車両を考えてみましょう。リレーは、コンピュータ内部の繊細な低電圧回路と、適切に動作させるために多くの電力を必要とする頑丈な部品との間を取り持つ重要な橋渡しの役割を果たしています。リレーがなければ、私たちの車は今日ほどスムーズかつ安全に走行することはできないでしょう。
リレーは basically（基本的に）、ダッシュボード上のスイッチなどに使われる小電流回路で、ヘッドライトやスターターモーターなどの大電力機器を制御できるようにします。例えば、0.5アンペアの電流で、30アンペア以上流れる機器のスイッチングが可能になります。これにより、メーカーは車内からフード下までの距離に太いケーブルを張る必要がなくなります。その結果、車両の軽量化が実現します。一部の推計では、リレーを使用する箇所によって車体重量が約15％減少するとも言われています。さらに驚くべきことに、この軽量化によって性能が損なわれることはありません。
リレーは、制御回路と電源回路を物理的に分離することにより、敏感な電子機器を電気的なノイズやサージから保護します。2023年の業界調査によると、直接スイッチングと比較して、この絶縁により燃料ポンプの電気系故障を62%削減できます。また、センターライズドリレーボックスにより、電力分配が合理化され、複数の並列配線経路に代わって整理され効率的な配線が実現されます。
冷却ファンなどの電力を多く消費する機器を直接トグルスイッチから動作させようとすると、高電流に耐えられる大型で重量のあるコンポーネントを使用する必要がありますが、それらは長時間使用するとすぐに摩耗してしまいます。このような場合にリレーが役立ちます。リレーは自身の頑丈な接点を通じて大電流を流すため、スイッチの温度をPonemonの2023年の研究によると約40摂氏度低下させる効果があります。この方法の利点として、制御信号には太さが18～22ゲージの細い配線でも十分に対応できるようになります。これによりスイッチ自体の劣化を抑えることができ、システム内の配線や他の部品も含めて全体的に耐久性が向上します。
リレーは、わずかな電力入力でライトシステムを安全に管理できるようにします。このような小型デバイスは、ヘッドライトや最大約15アンペアもの電流が流れるブレーキランプなどの負荷をすべて肩代わりするため、ハンドルコラム内の細い配線が過負荷になることを防ぎます。現代のほとんどの車両では、1つのリレーを使用して複数の外灯を一度に制御することで、車体に通す必要のある配線の量を30％から場合によっては半分近くまで削減しています。また、ウインカーのスイッチが繰り返しオンオフされる際に発生する厄介な火花を防ぐという利点もあります。整備士たちは誰にでもこのシンプルな設計が、これらの部品の寿命に大きな違いをもたらすと語ります。
大電力を必要とするシステムは、20〜40アンペアの大きな電流を制御するためにリレーに依存しています。燃料ポンプリレーを例に挙げると、これらは車の始動時またはクランキング時にだけ作動します。これにより、メカニックが「ドライランニング」と呼ぶ現象を防いでおり、これはある研究によるとすべての早期ポンプ故障の約74％を占めるとされています（ポネモン研究所は2022年にこのデータを報告しています）。冷却ファンリレーに関しては、PCMからの温度変化に関する信号に非常に迅速に反応します。わずか2〜3秒でファンを回転させ、エンジンが焼き付くのを防ぎます。スターターリレーも忘れてはいけません。これらの頼れるリレーは、クランキング中に発生する150〜200アンペアにも達する大電流に耐えなければなりません。なければ、イグニッションスイッチは「接点溶着」という現象により損傷するリスクが高くなります。これは過剰な熱によって金属部品が溶け合ってしまう現象です。
現代のリレーは、PCMおよびECUシステムからの指令に従って動作する主力機器であり、駐車後の自動ヘッドライト消灯や状況に応じた温度調節など、さまざまな知能化機能を可能にしています。これらの装置は、わずか5ボルトのデジタル信号を受け取り、それを12〜48ボルトまで増幅して、車両内のさまざまなコンポーネントに電力を供給します。自動車業界においても、この技術による顕著な進歩が見られます。特に、メーカーからは、ハイブリッド車および電気自動車において、約12〜18パーセントのハーネス配線重量削減が報告されています。また、あまり語られることはありませんが、非常に重要な利点もあります。現代のリレーは、車内の異なるシステム間で電気負荷をより予測可能に分配し、過負荷を防ぎながら、すべてのシステムがスムーズに動作することを確保しています。
2023年のフリート分析によると、セダンの過熱事故の61%は冷却ファンリレーの故障に起因していた。接点が開いた状態で固定されることで、90°Cのしきい値でファンが作動しなくなり、4分以内に冷却水温度が8〜12°C上昇した。この持続的な熱ストレスにより、適切に冷却されたエンジンと比較してヘッドガスケットの故障率が300%増加した。
車両用リレーは、用途に応じてさまざまな構成があります。SPST型（シングル・ポール シングル・スロー）は、シンプルなオン・オフ制御を提供するため、ヘッドライトや燃料ポンプなどの制御に広く使用されています。また、SPDT型（シングル・ポール ダブル・スロー）は87aとラベル付けされた追加端子を持つため、2つの異なる回路を同時に切り替えることが可能となり、夜間走行時のハイビームとロービームの切替などに最適です。複数の動作を同時に実行する必要があるシステムには、2つの回路を同時に作動させることが可能なダブルメークリレーが効果的です。さらに、タイムディレイリレーは操作にプログラム可能な遅延を追加します。これにより、車両から降車後にライトが徐々に消灯する機能や、軽い雨の際にワイパーが間欠的に作動するなどの便利な機能をサポートします。
電気機械式リレーは、実際に可動部分と金属接点を使用して動作します。価格も比較的安価で、通常は5ドルから15ドル程度ですが、耐久性には限界があり、一般的に5万から10万回程度の動作で摩耗してしまいます。一方、ソリッドステートリレーは機械的な部品ではなく半導体を利用した方式を取ります。これにより、1ミリ秒未満の非常に速い応答性を実現し、電気機械式リレーよりもはるかに長寿命で、通常は50万回以上の動作が可能です。また、クリック音などの音もなく完全に静かに動作します。ただし、欠点としては、初期コストが3〜5倍高くなること、そして高電力を取り扱う際には追加の冷却手段が必要になることが多いという点があります。依然として多くのOEM（基幹機械メーカー）設計では伝統的な電気機械式モデルが主流ですが、信頼性と静音性が最も重要となる電気自動車のバッテリーマネジメントなどの最先端分野では、ソリッドステートの代替製品が急速に普及しています。
標準化された端子番号により、一貫した取り付けが保証されます：
安全と機能性のために適切な配線が不可欠です。たとえば、端子30をヒューズ付きバッテリー線に直接接続することで安定した電力供給が可能になりますが、端子85は通常、ダッシュボードを通じてアースされたスイッチに接続されます。誤った接続は短絡、部品の溶融、またはリレーの故障を引き起こす可能性があります。
自動車用リレーは電磁石をどのように利用するのでしょうか？
自動車用リレーは、リレー内部の銅コイルによって生成された磁場を通じて、小さな電力信号で大電力のコンポーネントを安全に制御できるようにするために電磁石を利用します。
自動車用リレーの主な構成部品は何ですか？
主要なコンポーネントにはコイル、アーマチュア、接点、端子が含まれ、それぞれが車両システム内で信頼性の高い電気スイッチングにおいて重要な役割を果たしています。
自動車用リレーはなぜ現代の車両において重要なのでしょうか？
自動車用リレーは、高電流を必要とする車両システムを低電力で制御できるようにし、回路の絶縁を提供し、スイッチや配線を保護するとともに、電源分配やコンピュータ制御の自動化と統合することで、効率的かつ安全な車両運用を実現します。
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