WO2002065609A1 - Protection contre la surcharge de courant faisant appel a un element d'impedance magnetique - Google Patents

Description

磁気インピーダンス素子を用いた過負荷電流保安装置

技術分野

この発明は、 導体を流れる電流を検出し、 電流の大きさが与えられたしきい 明

値を越えたときに電流を遮断する過負荷電流保安装置、 例えば電動機への電力 細

供給を制御できる過負荷電流保安装置に関する。

背景技術

一般に、 この種の過負荷電流保安装置は、 例えば 3相電動機に接触器を介し て流れる電流が安全なしきい値を越えたことを検出し、 その検出結果に応じて 電動機への電流を遮断するものであり、 以前は電動機電流の一部または全部を パイメタル素子に流すことによって実現していた。 つまり、 バイメタル金属で 構成したスィッチに電流を流し、 電流強度に対応してバイメタル金属を加熱し、 電動機電流が安全なしきい値を規定時間の間超過すると、 熱がパイメタル金属 を撓ませてスィツチ接点を開放状態とし、 接触器の制御入力への電流供給を停- 止するようにしている。 しがし、 このパイメタルスィッチを用いた方式は、 ス イッチが開放状態となるときの電流調整が難しく、 長い時間に渡って誤調整状 態になりがちとなると言う問題がある。

これに対し、 最近パイメタルスィッチで実現していた機能を電子的に行なう ことが可能になった。 電子機器を使用することによって、 より信頼性が高く調 整の容易な装置が提供されている。 しかしながら、 この電子式の場合は回路が 複雑となり、 電流を適切に検出して接触機構を動作させるために、 例えば定電 圧電源等の多くの部品を必要とする。 さらに、 電流検出手段としては電流検出 変圧器 （いわゆる C T：カレントトランス） が使用されるが、 これには鉄心に よる磁気飽和が発生するという問題がある。 電流検出手段として磁気抵抗素子 を用いる方法もあるが、 低感度なため鉄心が必要となり、 上記 C Tと同様電流 検出範囲を広く取れない。 さらに、 磁気抵抗素子は温度による変動や素子間の 器差が大きく、 外乱ノイズの影響を受け易いため、 高精度にしょうとするとコ ストアツプすると言う問題がある。

したがって、 この発明の課題は、 定電圧電源等を必要とせず低コストで、 電 流検出範囲の拡大が可能で、 外乱ノィズなどの環境特性や経時変化による精度 低下のない高精度な過負荷電流保安装置を提供することにある。 発明の開示

かかる課題を解決するため、 請求項 1の発明では、 電源から負荷へ電流を供 給または遮断する切換器と、 この電流を検出する電流検出器と、 一次巻線と二 次巻線からなる電力供給変圧器を有し電源から負荷への電流供給線路に挿入さ れて各部に電力を供給する制御電源とを備え、 過電流発生時に負荷に対する電 流の供給を遮断する過負荷電流保安装置において、

前記電流検出器を、 磁気インピーダンス効果を持つ磁気検出素子で構成する とともに、 前記電力供給変圧器の二次巻線に流れる電流によって生じる磁束を 検出可能な位置に配置することを特徴とする。

請求項 2の発明では、 電源から負荷へ多相電流を供給または遮断する切換器 と、 この多相電流を各相毎に検出する電流検出器と、 一次巻線と二次巻線から なる電力供給変圧器を有し電源から負荷への電流供給線路にそれぞれ挿入され て各部に電力を供給する制御電源とを備え、 過電流発生時に負荷に対する電流 の供給を遮断する過負荷電流保安装置において、

前記複数の電流検出器の各々を、 磁気インピーダンス効果を持つ磁気検出素 子で構成するとともに、 前記二次巻線に流れる電流によって生じる磁束を検出 可能な位置にそれぞれ配置することを特徴とする。

上記請求項 1または 2の発明においては、 前記制御電源を、 その電力供給変 圧器の一次巻線と二次巻線は空心構成にするとともに、 二次巻線の電流を蓄電 する蓄電器と、 電圧調整器とから構成することができる （請求項 3の発明)。 上記請求項 1〜 3のいずれかの発明においては、 前記電流を導く配線と、 こ の配線を固定する基板とを設け、 この基板上の前記配線の近傍に前記磁気検出 素子を配置し、電流により生じる磁束を磁気検出素子で検出することができ（請 求項 4の発明）、 請求項 1〜4のいずれかの発明においては、 前記磁気検出素子 を、 電流により生じる磁束に対する出力の絶対値が等しくかつ極性が逆となる 位置に 2つ配置し、 この 2つの磁気検出素子の出力の差の演算結果から前記電 流を検出することができる （請求項 5の発明）。 図面の簡単な説明

図 1は、 この発明の第 1の実施の形態を示す構成図である。

図 2は、 図 1で用いられる電流検出器の例を示す構成図である。

図 3は、 電流検出素子部における隣相配線電流の影響を説明する説明図であ る。

図 4は、 検出回路の具体例を示すブロック図である。

図 5は、 図 1における制御電源の具体例を示す構成図である。 発明を実施するための最良の形態

図 1はこの発明の実施の形態を示す全体構成図である。

, S , Tは図示されない 3相交流電源に接続される電源供給線を示し、 負 荷としての電動機 3に対して 3相接触器 （切換器） 2および 3つの電力供給変 圧器 5 a, 5 b, 5 cを介して接続されており、 これら電力供給変圧器 5 a， 5 b， 5 cの二次巻線の近傍には各相毎に電流検出器 4 a, 4 b, 4 cが設置 され、 二次巻線に流れる電流を検知する。 ' 接触器 2は 3組の接点 2 a, 2 b, 2 cを有し、各々は異なる電力供給線 R, S, Tによりそれぞれ個別の電力供給変圧器 5 a, 5 b， 5 cの一次巻線を介 して電動機 3に結合している。 接点 2 a, 2 b, 2 cは、 電磁コイル 2 dによ つて同時に駆動されるよう機械的に結合されており、 電磁コイル 2 dはマイク 口コンピュータ 8のディジタル出力端に接続されている。 このマイクロコンピ ュ一夕 8を含む制御回路部と、 電流検出器 4 a, 4b, 4 cと、 電力供給変圧 器 5 a, 5 b， 5 c等により電子式過負荷継電器 1を形成している。 電流検出 器 4 a， 4 b, 4 cの出力は、 切換器 6を介して、 順次切り換えられる。 切換 器 6により選択された電流検出器 4 a, 4b, 4 cの出力は、 半波整流器 7を 介してマイクロコンピュータ 8のアナログ入力に接続されている。

制御電源は、 電力供給変圧器 5 a, 5 b, 5 cの二次卷線から整流ダイォー ド DO, D l, D 2を介して第 1蓄電コンデンサ C 0に接続して構成される。 この第 1蓄電コンデンサ C 0は電圧調整器 9の正入力と接地との間に接続され、 電圧調整器 9の正出力と接地との間には第 2蓄電 （安定化用） コンデンサ C 1 が接続され、 一定レベルの電圧 Vc cを電圧調整器 9より制御電源として供給 するようにしている。 なお、 整流ダイオード DO, D 1, D 2と接地間にそれ ぞれ接続された D 3， D4, D5は、 保護用ダイオードを示す。

電流検出器 4 a, 4 b, 4 cの具体的な構成について、 図 2を参照して説明 する。 なお、 電流検出器 4 a, 4 b, 4 cはいずれも構成は同じなので、 その 1つについて説明する。

電流検出器は図 2に示すように磁気インピーダンス （Ml) 効果を持つ MI 素子 40 a, 40 b、 電流を導くための配線 200、 この配線 200および M I素子 40 a, 40 bを固定する基板 300と、 検出回路 41とから構成され る。

M I素子 40 a， 40 bは例えば日本国特許公開公報の特開平 6— 2817 12号公報に開示されているアモルファスワイヤによるものや、 日本国特許公 開公報の特開平 8— 330645号公報に開示されている薄膜状のもののいず れをも用いることができる。

図 3に、 電流 I 1と隣接する位置に、 別の電流 I 2が流れている場合の例を 示す。

同図において、 電流 I I， I 2により生じる磁束をそれぞれ φΐ, φ2とし、 これら _φ1， φ2により 2つの Μ I素子 40 a， 40 bに現れる出力の大きさを それぞれ S 2, N 3とすると、 2つの Ml素子 40 a, 4 O bの差の出力は、 差動出力 =40 aの出力一 40 bの出力二 S 2 +N 3 - (一 S 2+N3)

=2 X S 2 · · · (1) となり、 隣相配線 210の電流の影響を受けることなく電流 I 1の検出が可能 となる。

さらに、 一様な外部磁界がノイズとして加わった場合も、 2つの Ml素子 4 0 a, 40 bに大きさおよび符号の等しい出力が現れるので、 2つの Ml素子 の出力の差をとることにより、 隣相配線の場合と同様に、 外部磁界ノイズの影 響をキャンセルすることができる。

図 4に検出回路の 1例を示す。

この検出回路 41は、 発振回路 41 1と分圧抵抗 R 1， R 2により、 M I素 子 40 a, 40 bに高周波電流を印加し、 M I素子 40 a, 40 bの磁界によ るインピーダンスの変化を検波回路 412 a, 412 bで電圧の変化として検 出し、 差動回路 413で Ml素子 40 a, 4 O bの差に比例した出力を発生さ せ、 増幅回路 414で増幅して取り出すようにしたものである。 上記差動回路 4 1 3を加算回路に変更し、 M l素子 4 0 a , 4 0 bの差に比例した出力の代 わりに、 4 0 a , 4 0 bの和に比例した出力を発生させることもできる。

なお、 以上では 2つの M I素子の磁界検知方向を同じにしたが、 磁界検知方 向を逆にして 2つの M I素子の出力の和をとることで、 上記と同様に外乱ノィ ズの影響を受けずに電流の検知が可能となることは言うまでもない。

また、 上記では 3相交流電源の場合について示したが、 単相交流電源の場合 も 3相交流電源の 1相分のみを考えることで、 同様にして適用することができ るのは勿論である。

図 5に制御電源の別の例を示す。

図 1では電力供給変圧器を鉄心コアで構成することを想定しているが、 ここ では空心コアにした点が特徴である。 なお、 その他の点は図 1と同様なので説 明は省略する。 産業上の利用可能性

この発明によれば、 電流により生じる磁束を、 磁気インピーダンス効果を有 する磁気検出素子で検出するようにしたので、 現在広く用いられているカレン トトランスの問題である鉄心による磁気飽和が発生せず、 電流検知範囲の広い (ワイドレンジな） 過負荷電流保安装置を提供できる。

この発明の電流検出手段は、 電流により生じる磁束に対して、 磁気検出素子 出力の絶対値が等しく、 かつ磁気検出素子出力の極性が逆となるような位置に 2つ配置し磁気検出素子出力の差を検出するので、 外部磁界および隣接配線電 流による磁界の影響を受けずに、 電流の検知が可能となる。 従って、 ノイズの 影響を受けにくい、 耐環境性に優れた過負荷電流保安装置を提供できる。

また、 この発明の電流検出手段は、 電力供給変圧器の二次側の電流を検出す るようにしているので、 高感度な磁気検出素子を用いても出力感度の調節が可 能であり、 特に検知電流が大きい場合に、 検知電流による出力飽和のない電流 検知範囲の広い過負荷電流保安装置を提供できる。

さらに、 この発明の制御電源は、 外部から定電圧電源の供給の必要がないの で、 汎用性に優れたトータルコストの低減が可能な過負荷電流保安装置を提供 できる。

加えて、 この発明の制御電源の電力供給変圧器を空心構成としたので、 低コ ストな過負荷電流保安装置を提供できる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 電源から負荷へ電流を供給または遮断する切換器と、 この電流を検出す る電流検出器と、 一次巻線と二次巻線からなる電力供給変圧器を有し電源から 負荷への電流供給線路に揷入されて各部に電力を供給する制御電源とを備え、 過電流発生時に負荷に対する電流の供給を遮断する過負荷電流保安装置におい て、

前記電流検出器を、 磁気インピーダンス効果を持つ磁気検出素子で構成する とともに、 前記電力供給変圧器の二次巻線に流れる電流によって生じる磁束を 検出可能な位置に配置することを特徴とする過負荷電流保安装置。

2 . 電源から負荷へ多相電流を供給または遮断する切換器と、 この多相電流 を各相毎に検出する電流検出器と、 一次巻線と二次巻線からなる電力供給変圧 器を有し電源から負荷への電流供給線路にそれぞれ挿入されて各部に電力を供 給する制御電源とを備え、 過電流発生時に負荷に対する電流の供給を遮断する 過負荷電流保安装置において、

前記複数の電流検出器の各々を、 磁気インピーダンス効果を持つ磁気検出素 子で構成するとともに、 前記二次巻線に流れる電流によって生じる磁束を検出 可能な位置にそれぞれ配置することを特徴とする過負荷電流保安装置。

3 . 前記制御電源を、 その電力供給変圧器の一次巻線と二次巻線は空心構成 にするとともに、 二次巻線の電流を蓄電する蓄電器と、 電圧調整器とから構成 することを特徴とする請求項 1または 2のいずれかに記載の過負荷電流保安装

4. 前記電流を導く配線と、 この配線を固定する基板とを設け、 この基板上 の前記配線の近傍に前記磁気検出素子を配置し、 電流により生じる磁束を磁気 検出素子で検出することを特徴とする請求項 1ないし 3のいずれかに記載の過

5 . 前記磁気検出素子を、 電流により生じる磁束に対する出力の絶対値が等 しくかつ極性が逆となる位置に 2つ配置し、 この 2つの磁気検出素子の出力の 差の演算結果から前記電流を検出することを特徴とする請求項 1ないし 4のい ずれかに記載の過負荷電流保安装置。