DE112015002634B4

DE112015002634B4 - Gleichspannungsdetektor

Info

Publication number: DE112015002634B4
Application number: DE112015002634.7T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yamada
Original assignee: Hasegawa Electric Co Ltd
Current assignee: Hasegawa Electric Co Ltd
Priority date: 2014-06-04
Filing date: 2015-05-14
Publication date: 2019-11-14
Anticipated expiration: 2035-05-15
Also published as: WO2015186485A1; US20170082664A1; JP5727074B1; DE112015002634T5; JP2015230214A

Abstract

Gleichspannungsdetektor, der so gestaltet ist, dass er das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Gleichspannung in einem Erkennungsziel (21) erkennt, indem eine Erkennungselektrode (11), die im Inneren eines Gehäuses (23) bereitgestellt wird, in eine Nähe des Erkennungsziels (21) gebracht wird,
wobei der Gleichspannungsdetektor eine Wechselstrom-Erzeugungseinheit (12) aufweist, die einen variablen Kondensator (13) umfasst, der mit einer Ausgangsseite der Erkennungselektrode (11) verbunden ist,
wobei die Wechselstrom-Erzeugungseinheit (12) so gestaltet ist, dass sie durch Ändern der Kapazität des variablen Kondensators (13) einen Wechselstrom erzeugt, der der Gleichspannung entspricht,
wobei die Wechselstrom-Erzeugungseinheit (12) zwischen einer Zwischenelektroden-Streukapazität (C₁), die zwischen dem Erkennungsziel (21) und der Erkennungselektrode (11) ausgebildet ist, und einer Erdstreukapazität (C₂) angeordnet ist, die zwischen einer innen liegenden Abschirmung (30) des Gehäuses (23) und einer Erde ausgebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Gleichspannungsdetektor, der so gestaltet ist, dass er das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Gleichspannung in einer Ladeeinheit eines Stromversorgungssystems erkennt, das entlang einer Bahntrasse, in einem gewöhnlichen Haus, in einer Fabrikanlage oder dergleichen installiert ist.
Hintergrund der Technik
Ein Stromversorgungssystem, das entlang einer Bahntrasse, in einem gewöhnlichen Haus, in einer Fabrikanlage oder dergleichen installiert ist, beinhaltet eine Oberleitung oder eine Stromleitung als Ladeeinheit, an die eine Gleichspannung angelegt wird. Bei einem solchen Stromversorgungssystem kommt es vor, dass Elektroarbeiten wie zum Beispiel Wartungs- oder Austauscharbeiten durchgeführt werden, während der Strom abgeschaltet ist. In diesem Fall wird dadurch, dass die Elektroarbeiten durchgeführt werden, nachdem das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Gleichspannung in der Ladeeinheit des Stromversorgungssystems ermittelt worden ist, verhindert, dass eine Arbeitskraft aufgrund eines Kontakts mit elektrischem Strom einen elektrischen Schlag erleidet.
Ein Gleichspannungsdetektor, der in der Patentliteratur 1 beschrieben wird, ist ein Beispiel für einen solchen Gleichspannungsdetektor, der so gestaltet ist, dass er das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Gleichspannung in der Ladeeinheit des Stromversorgungssystems ermittelt. Bei dem in der Patentliteratur 1 beschriebenen Gleichspannungsdetektor handelt es sich um ein Gleichspannungselektroskop, das so gestaltet ist, dass es das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Gleichspannung in einer Oberleitung als Ladeeinheit eines Stromversorgungssystems erkennt, das entlang einer Bahntrasse installiert ist.
Das Gleichspannungselektroskop beinhaltet ein hakenförmiges Elektroskopmetallteil an einer Spitze eines Isolierzylinders, eine Erdungsleitung, die von einem hinteren Endabschnitt des Isolierzylinders geführt wird und über einen Erkennungswiderstand mit dem oben beschriebenen Elektroskopmetallteil verbunden ist, und eine Erkennungseinheit, die so gestaltet ist, dass sie das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Gleichspannung in der Oberleitung durch Messen einer Klemmenspannung des Erkennungswiderstands erkennt.
Wenn das Gleichspannungselektroskop verwendet wird, schließt eine Arbeitskraft die Erdungsleitung, die von dem hinteren Endabschnitt des Isolierzylinders geführt wird, an einer Schiene oder dergleichen an Erde an und hakt anschließend das Elektroskopmetallteil an der Spitze des Isolierzylinders an der Oberleitung ein und bringt das Elektroskopmetallteil mit dieser in Eingriff. Auf diese Weise kann durch Erden des Elektroskopmetallteils, das an der Oberleitung eingehakt ist, mithilfe der Erdungsleitung über den Erkennungswiderstand und durch Messen der Klemmenspannung des Erkennungswiderstands mithilfe der Erkennungseinheit das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Gleichspannung in der Oberleitung erkannt werden. Wenn sich die Oberleitung in einem geladenen Zustand befindet, wird eine Arbeitskraft mit einer Leuchte, einem Signalgeber oder dergleichen, die/der der Erkennungseinheit beigefügt ist, über den Zustand in Kenntnis gesetzt.
Ein Spannungssensor gemäß Patentliteratur 2 umfasst ein Ausbreitungsmedium für eine akustische Oberflächenwelle und einen Wandler zum Senden und Empfangen, welcher mit dem Medium verbunden ist. Der Spannungssensor ist mit einem separaten Spannungssammelelement ausgestattet, das sich von der Elektrode zum Anlegen einer Spannung oder eines elektrischen Feldes unterscheidet. Die Spannung, die im Spannungssammelelement gewonnen wurde, wird mit einer vorher festgelegten Frequenz variiert, um auf die Elektrode angewendet zu werden, sodass eine externe Spannung durch das Variantenteil mit der Schwingungsfrequenz detektiert wird.
Ein Sensor für elektrische Potentiale gemäß Patentliteratur 3 umfasst eine Stimmgabel mit zwei Beinen. Davon ist ein Bein mit einer Erfassungselektrode ausgestattet, sodass die Erfassungselektrode einer Oberfläche, wovon ein elektrisches Potential gemessen werden soll, zugewandt ist. Außerdem ist mindestens ein Bein der Stimmgabel mit einem antreibenden Piezoelement ausgestattet. Beide Beine der Stimmgabel sind mit Piezoelementen zur Rückkopplung ausgestattet.
Liste der Zitate

Patentliteratur 1: JP-2002-372.553 A
Patentliteratur 2: US 4 553 099 A
Patentliteratur 3: US 6 661 232 B1

Übersicht über die Erfindung
Technisches Problem
Im Übrigen handelt es sich in Bezug auf einen Gleichspannungsdetektor der verwandten Technik, der als Gleichspannungselektroskop verwendet wird, bei einer Oberleitung als Erkennungsziel um einen blanken Draht, und das Elektroskopmetallteil an der Spitze des Isolierzylinders wird mit der Oberleitung als blankem Draht in Kontakt gebracht. Auf diese Weise ist es erforderlich, dass es sich bei einem Erkennungsziel des Gleichspannungsdetektors um einen blanken Draht handelt, und folglich ist es schwierig, dass ein isolierter oder ummantelter Draht wie zum Beispiel eine Stromleitung ein Erkennungsziel ist. Im Besonderen wenn versucht wird, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Gleichspannung in einem isolierten und ummantelten Draht wie zum Beispiel einer Stromleitung zu erkennen, ist es erforderlich, einen isolierten und ummantelten Abschnitt des isolierten und ummantelten Drahts zu entfernen und das Elektroskopmetallteil mit einem Kern des Drahts in Kontakt zu bringen. Unter den vorliegenden Umständen kann ein isolierter und ummantelter Draht kein Erkennungsziel sein, ohne dass der isolierte und ummantelte Abschnitt davon entfernt wird.
In Bezug auf einen Gleichspannungsdetektor, der für ein Erkennungsziel verwendet wird, das eine Erdungsschaltung beinhaltet, ist es, wenn sich eine Oberleitung in einem geladenen Zustand befindet und ein Gleichstrom von der Oberleitung zu der Erde über eine Erkennungseinheit erkannt wird, des Weiteren erforderlich, die Erdungsleitung an Erde anzuschließen. Mit anderen Worten, wenn der Gleichspannungsdetektor verwendet wird, ist es erforderlich, dass eine Arbeitskraft die Erdungsleitung, die von einem hinteren Endabschnitt eines Isolierzylinders geführt wird, an einer Schiene oder dergleichen an Erde anschließt. Dieser Vorgang zum Anschließen der Erdungsleitung an Erde ist kompliziert, wodurch es schwierig wird, die Durchführbarkeit zu verbessern.
Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung angesichts der oben beschriebenen Probleme vorgeschlagen worden, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Gleichspannungsdetektor bereitzustellen, der ermöglicht, dass ein isolierter und ummantelter Draht wie zum Beispiel eine Stromleitung ein Erkennungsziel ist, und der das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Gleichspannung selbst dann erkennen kann, wenn keine Erdungsleitung vorhanden ist.
Lösung des Problems
Als technisches Mittel zum Erzielen des oben genannten Ziels wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gleichspannungsdetektor bereitgestellt, der so gestaltet ist, dass er das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Gleichspannung in einem Erkennungsziel erkennt, indem eine Erkennungselektrode, die im Inneren eines Gehäuses bereitgestellt wird, in eine Nähe des Erkennungsziels gebracht wird, wobei der Gleichspannungsdetektor eine Wechselstrom-Erzeugungseinheit aufweist, die so gestaltet ist, dass sie durch Ändern einer Kapazität einen Wechselstrom erzeugt, der der Gleichspannung entspricht, wobei die Wechselstrom-Erzeugungseinheit zwischen einer Zwischenelektroden-Streukapazität, die zwischen dem Erkennungsziel und der Erkennungselektrode ausgebildet ist, und einer Erdstreukapazität angeordnet ist, die zwischen einer innen liegenden Abschirmung des Gehäuses und einer Erde ausgebildet ist.
Gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Gleichstrom, der der Gleichspannung in dem Erkennungsziel entspricht, durch Ändern der Kapazität der Gleichstrom-Erzeugungseinheit erzeugt. Der in der Wechselstrom-Erzeugungseinheit erzeugte Wechselstrom fließt durch einen geschlossenen Regelkreis aus der Wechselstrom-Erzeugungseinheit - der Erdstreukapazität - dem Erkennungsziel - der Zwischenelektroden-Streukapazität - der Wechselstrom-Erzeugungseinheit. Dies ermöglicht eine Erkennung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer Gleichspannung in dem Erkennungsziel auf Grundlage des Wechselstroms, der von der Wechselstrom-Erzeugungseinheit ausgegeben wird. Auf diese Weise fließt der Wechselstrom durch die Zwischenelektroden-Streukapazität und die Erdstreukapazität, und so kann ein isolierter und ummantelter Draht wie zum Beispiel eine Stromleitung ein Erkennungsziel sein, und die Notwendigkeit einer Erdungsleitung des Gleichspannungsdetektors wird beseitigt.
Es ist erwünscht, dass die Wechselstrom-Erzeugungseinheit gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist: einen variablen Kondensator, der mit einer Ausgangsseite der Erkennungselektrode verbunden ist; und ein Piezoelement, das so gestaltet ist, dass es eine Kapazität des variablen Kondensators verändert. Wenn die Wechselstrom-Erzeugungseinheit auf diese Weise den variablen Kondensator und das Piezoelement aufweist, kann eine Kapazität des variablen Kondensators dadurch verändert werden, dass Schwingungen mit einer Schwingungsfrequenz des Piezoelements an den variablen Kondensator abgegeben werden, und der Wechselstrom kann durch Verändern der Kapazität des variablen Kondensators leicht erzeugt werden.
Es ist erwünscht, dass die innen liegende Abschirmung gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung an einem Abschnitt im Inneren des Gehäuses mit Ausnahme der Erkennungselektrode ausgebildet ist. Diese Gestaltung ermöglicht eine Erhöhung der Erdstreukapazität, die zwischen der innen liegenden Abschirmung und der Erde ausgebildet ist, auf eine maximale Kapazität des Gehäuses, und folglich kann der Wechselstrom noch leichter erzeugt werden.
Der Gleichspannungsdetektor gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf ein Erkennungsziel angewendet werden, das eine Erdungsschaltung aufweist. Während ein Erkennungsziel bisher eine Erdungsleitung eines Gleichspannungsdetektors erfordert, kann in diesem Fall eine Notwendigkeit einer solchen Erdungsleitung des Gleichspannungsdetektors beseitigt werden. Des Weiteren kann der Gleichspannungsdetektor gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch auf ein Erkennungsziel angewendet werden, das eine Nicht-Erdungsschaltung aufweist. In diesem Fall kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Gleichspannung in einem Erkennungsziel erkannt werden, das bisher nicht erkannt werden kann.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Gleichspannung in dem Erkennungsziel auf Grundlage des Wechselstroms erkannt werden, der von der Wechselstrom-Erkennungseinheit ausgegeben wird, indem die Wechselstrom-Erzeugungseinheit einbezogen wird, die so gestaltet ist, dass sie einen Wechselstrom erzeugt, der der Gleichspannung entspricht, indem sie die Kapazität zwischen der Zwischenelektroden-Streukapazität, die zwischen dem Erkennungsziel und der Erkennungselektrode ausgebildet wird, und der Erdstreukapazität verändert, die zwischen der innen liegenden Abschirmung des Gehäuses und der Erde ausgebildet wird. Auf diese Weise kann ein isolierter und ummantelter Draht wie zum Beispiel eine Stromleitung das Erkennungsziel sein, und die Vielseitigkeit des Gleichspannungsdetektors wird erhöht. Des Weiteren wird die Notwendigkeit der Erdungsleitung des Gleichspannungsdetektors beseitigt, und folglich kann eine Durchführbarkeit von Elektroarbeiten mithilfe des Gleichspannungsdetektors verbessert werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockschaltbild eines Schaltungsaufbaus zum Veranschaulichen eines Gleichspannungsdetektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht zum Veranschaulichen eines inneren Aufbaus eines Gehäuses des Gleichspannungsdetektors.
3 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen des inneren Aufbaus des Gehäuses des Gleichspannungsdetektors.
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht zum Veranschaulichen eines beispielhaften integralen Aufbaus eines variablen Kondensators und eines Piezoelements.
5 ist eine Schnittansicht zum Veranschaulichen des beispielhaften integralen Aufbaus des variablen Kondensators und des Piezoelements.
6A ist ein Wellenformdiagramm zum Darstellen einer Spannung, die in eine Synchronerkennungsschaltung in 1 eingegeben wird, wenn eine Gleichspannung +400 V beträgt.
6B ist ein Wellenformdiagramm zum Darstellen einer Spannung, die aus der Synchronerkennungsschaltung in 1 ausgegeben wird, wenn die Gleichspannung +400 V beträgt.
7A ist ein Wellenformdiagramm zum Darstellen einer Spannung, die in die Synchronerkennungsschaltung in 1 eingegeben wird, wenn die Gleichspannung -400 V beträgt.
7B ist ein Wellenformdiagramm zum Darstellen einer Spannung, die aus der Synchronerkennungsschaltung in 1 ausgegeben wird, wenn die Gleichspannung -400 V beträgt.
8A ist ein Wellenformdiagramm zum Darstellen einer Spannung, die in die Synchronerkennungsschaltung in 1 eingegeben wird, wenn die Gleichspannung 0 V beträgt.
8B ist ein Wellenformdiagramm zum Darstellen einer Spannung, die aus der Synchronerkennungsschaltung in 1 ausgegeben wird, wenn die Gleichspannung 0 V beträgt.
9 ist ein Blockschaltbild eines Schaltungsaufbaus zum Veranschaulichen eines Gleichspannungsdetektors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Ausführungsform eines Gleichspannungsdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Veranschaulichung eines schematischen Schaltungsaufbaus des Gleichspannungsdetektors gemäß dieser Ausführungsform. Der in 1 veranschaulichte Gleichspannungsdetektor weist als einen Hauptteil davon eine Erkennungselektrode 11, die aus einem leitfähigen Element wie zum Beispiel einer Kupferplatte ausgebildet ist, einen variablen Kondensator 13 als Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12, der mit der Erkennungselektrode 11 verbunden ist, und ein Piezoelement 14, das dem variablen Kondensator 13 beigefügt ist, eine Schwingschaltung 15, die mit dem Piezoelement 14 verbunden ist, das die Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12 ausbildet, eine Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 16, die mit dem variablen Kondensator 13 verbunden ist, der die Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12 ausbildet, eine Synchronerkennungsschaltung 17, die mit der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 16 und mit der Schwingschaltung 15 verbunden ist, eine Glättungsschaltung 18, die mit der Synchronerkennungsschaltung 17 verbunden ist, eine Versorgungsschaltung 19, die mit der Schwingschaltung 15, mit der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 16, mit der Synchronerkennungsschaltung 17 und mit der Glättungsschaltung 18 verbunden ist, und eine Stromversorgung 20 wie zum Beispiel eine Batterie auf. Bei der in 1 veranschaulichten Ausführungsform handelt es sich um eine beispielhafte Anwendung des Gleichspannungsdetektors, wenn ein Erkennungsziel 21 eine Erdungsschaltung aufweist.
Die Erkennungselektrode 11 bildet eine Streukapazität C₁ mit dem Erkennungsziel 21 wie zum Beispiel einer Stromleitung oder einer Oberleitung (die im Folgenden als Zwischenelektroden-Streukapazität bezeichnet wird) aus. Die Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12 ist so gestaltet, dass sie das Piezoelement 14 mit der Schwingschaltung 15 ansteuert und eine Kapazität des variablen Kondensators 13 mit Schwingungen verändert, die mit einer Resonanzfrequenz des Piezoelements 14 erzeugt werden. Die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 16 ist so gestaltet, dass sie einen Wechselstrom, der von dem variablen Kondensator 13 ausgegeben wird, in eine Gleichspannung umwandelt. Die Synchronerkennungsschaltung 17 ist so gestaltet, dass sie eine Ausgabe aus der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 16 und eine Ausgabe aus der Schwingschaltung 15 synchronisiert und eine Erkennung durchführt. Die Glättungsschaltung 18 ist so gestaltet, dass sie eine Ausgabe aus der Synchronerkennungsschaltung 17 glättet. Die Versorgungsschaltung 19 ist so gestaltet, dass sie auf Grundlage der Batterie die Schwingschaltung 15, die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 16, die Synchronerkennungsschaltung 17 und die Glättungsschaltung 18 mit einer Versorgungsspannung versorgt.
Der variable Kondensator 13 und das Piezoelement 14 der Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12, die Schwingschaltung 15, die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 16, die Synchronerkennungsschaltung 17, die Glättungsschaltung 18 und die Versorgungsschaltung 19, die oben beschrieben worden sind, sind auf einer Verkabelungsplatte 22 montiert. Wie in 2 und 3 veranschaulicht, ist die Verkabelungsplatte 22 in einem Gehäuse 23 untergebracht, das aus einem isolierenden Material wie Beispiel einem Harz ausgebildet ist. Das Gehäuse 23 weist einen zweiteiligen Aufbau auf, der ein oberes Gehäuseteil 24 und ein unteres Gehäuseteil 25 beinhaltet. Das obere Gehäuseteil 24 und das untere Gehäuseteil 25 sind so zusammengefügt, dass sie integral sind, so dass ein konvexer Wandabschnitt 26 mithilfe eines Haftmittels in einen konkaven Wandabschnitt 27 passt. Bei dem zweiteiligen Aufbau des Gehäuses 23, der in 2 und 3 veranschaulicht ist, handelt es sich lediglich um einen beispielhaften Aufbau, und es können auch andere Aufbauten gewählt werden.
In dem Gehäuse 23 wird eine streifenförmige Erkennungselektrode 11 mithilfe eines Haftmittels oder dergleichen so an einer inneren Fläche des konvexen Wandabschnitts 26 des Gehäuses 23 angehaftet und befestigt, dass sie, wenn der Gleichspannungsdetektor verwendet wird, dem Erkennungsziel 21 gegenüber angeordnet ist, und wird mit dem variablen Kondensator 13, der auf der Verkabelungsplatte 22 montiert ist, elektrisch verbunden. Blechartige oder plattenartige Abschirmelemente 28 und 29, die aus einem leitfähigen Element wie zum Beispiel Kupfer ausgebildet sind, werden mithilfe eines Haftmittels oder dergleichen an inneren Flächen des oberen Gehäuseteils 24 bzw. des unteren Gehäuseteils 25 des Gehäuses 23 angehaftet und befestigt. Durch Zusammenfügen des oberen Gehäuseteils 24 und des unteren Gehäuseteils 25 so, dass sie integral sind, bilden das Abschirmelement 28 an dem oberen Gehäuseteil 24 und das Abschirmelement 29 an dem unteren Gehäuseteil 25 eine innen liegende Abschirmung 30 aus, die im Inneren des Gehäuses 23 angeordnet ist und die Verkabelungsplatte 22 umgibt.
Die innen liegende Abschirmung 30 ist an Abschnitten mit Ausnahme der Erkennungselektrode 11, das heißt, mit Ausnahme des konvexen Wandabschnitts 26 des unteren Gehäuseteils 25, an dem die Erkennungselektrode 11 angehaftet ist, und des konkaven Wandabschnitts 27 des oberen Gehäuseteils 24 ausgebildet. Die innen liegende Abschirmung 30 ist mit der Versorgungsschaltung 19, die auf der Verkabelungsplatte 22 montiert ist, elektrisch verbunden und bildet eine Streukapazität C₂ mit der Erde (hierin im Folgenden als Erdstreukapazität bezeichnet) aus (siehe 1).
Wie in 4 und 5 veranschaulicht, weisen der variable Kondensator 13 und das Piezoelement 14, die die Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12 ausbilden, einen integrierten Aufbau auf, der in einer Umhüllung 44 untergebracht ist, die aus einem isolierenden Material wie zum Beispiel einem Harz ausgebildet ist. Die Umhüllung 44 weist einen zweiteiligen Aufbau auf, der ein deckelartiges oberes Umhüllungsteil 42 und ein unterteilartiges unteres Umhüllungsteil 43 beinhaltet. Das obere Umhüllungsteil 42 und das untere Umhüllungsteil 43 sind mithilfe eines Haftmittels oder dergleichen so zusammengefügt, dass sie integral sind. Bei dem zweiteiligen Aufbau der Umhüllung 44, der in 4 und 5 veranschaulicht ist, handelt es sich lediglich um einen beispielhaften Aufbau, und es können auch andere Aufbauten gewählt werden.
Das Piezoelement 14 wird durch Ausbilden einer kreisförmigen Elektrode 32 in einem Mittenabschnitt auf einer hinteren Fläche (einer unteren Fläche in 4 und 5) einer isolierenden Folie 31 und durch Ausbilden einer ringförmigen Elektrode 33 um die kreisförmige Elektrode 32 herum ausgebildet. Demgegenüber weist der variable Kondensator 13 einen feststehenden Elektrodenabschnitt 36, in dem eine Elektrode 34 auf einer vorderen Fläche (einer oberen Fläche in 4 und 5) einer isolierenden Folie 35 ausgebildet ist, und einen beweglichen Elektrodenabschnitt 39 auf, der gegenüber dem feststehenden Elektrodenabschnitt 36 mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet ist, in dem eine weitere Elektrode 37 auf einer vorderen Fläche (einer oberen Fläche in 4 und 5) einer isolierenden Folie 38 ausgebildet ist.
Die eine Elektrode 34 des feststehenden Elektrodenabschnitts 36 und die weitere Elektrode 37 des beweglichen Elektrodenabschnitts 39 können durch Aufdampfen eines leitfähigen Elements auf die isolierenden Folien 35 und 38 bzw. durch Anhaften eines plattenartigen leitfähigen Elements an die isolierenden Folien 35 und 38 umgesetzt werden. Eine Anschlussleitung 40 wird von einem Mittenabschnitt der einen Elektrode 34 des feststehenden Elektrodenabschnitts 36 geführt, und eine Anschlussleitung 41 wird von einem Endabschnitt der weiteren Elektrode 37 des beweglichen Elektrodenabschnitts 39 geführt. In dem veranschaulichten Beispiel sind der variable Kondensator 13 und das Piezoelement i 14 kreisförmig, die beiden können jedoch rechteckig sein.
Der eine feststehende Elektrodenabschnitt 36, der den variablen Kondensator 13 ausbildet, ist in dem oberen Umhüllungsteil 42 untergebracht und an diesem befestigt, wobei auf dessen Fläche die eine Elektrode 34 nach oben gewandt ausgebildet ist. Die Anschlussleitung 40, die sich von dem feststehenden Elektrodenabschnitt 36 erstreckt, wird von einer oberen Fläche des oberen Umhüllungsteils 42 so geführt, dass sie mit der Erkennungselektrode 11 zu verbinden ist. Des Weiteren ist der weitere bewegliche Elektrodenabschnitt 39, der den variablen Kondensator 13 ausbildet, an einer Fläche des Piezoelements 14 angehaftet und befestigt, auf der keine Elektrode ausgebildet ist, wobei auf dessen Fläche die weitere Elektrode 37 nach oben gewandt ausgebildet ist. Die Anschlussleitung 41, die sich von dem beweglichen Elektrodenabschnitt 39 erstreckt, wird seitlich so von einem Abschnitt geführt, an dem das obere Umhüllungsteil 42 und das untere Umhüllungsteil 43 zusammengefügt sind, dass sie mit der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 16 auf der Verkabelungsplatte 22 zu verbinden ist.
Das Piezoelement 14, an dem der bewegliche Elektrodenabschnitt 39 des variablen Kondensators 13 befestigt ist, ist in dem unteren Umhüllungsteil 43 untergebracht und an diesem befestigt, wobei auf dessen Fläche die Elektroden nach unten gewandt ausgebildet sind. Eine Anschlussleitung 45 von zwei Anschlussleitungen 45 und 46, die in dem unteren Umhüllungsteil 43 bereitgestellt werden, ist mit der kreisförmigen Elektrode 32 des Piezoelements 14 verbunden, und eine weitere Anschlussleitung 46 ist mit der ringförmigen Elektrode 33 des Piezoelements 14 verbunden. Durch Löten der beiden Anschlussleitungen 45 und 46, die von dem unteren Umhüllungsteil 43 zu der Verkabelungsplatte 22 geführt werden, werden der variable Kondensator 13 und das Piezoelement 14 auf der Verkabelungsplatte 22 montiert.
Ein Betrieb des Gleichspannungsdetektors, der den Schaltungsaufbau, wie in 1 bis 5 veranschaulicht, und die Aufbauten des Gehäuses 23 und der Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12 aufweist, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Wellenformdiagramme von 6A, 6B, 7A, 7B, 8A und 8B ausführlich beschrieben. 6A und 6B sind Wellenformdiagramme zum Darstellen eines Falls, in dem sich das Erkennungsziel 21 in einem geladenen Zustand mit einer Gleichspannung von +400 V befindet, und 7A und 7B stellen einen Fall dar, in dem sich das Erkennungsziel 21 in einem geladenen Zustand mit einer Gleichspannung von -400 V befindet. Auf diese Weise bestehen Fälle, in denen es sich bei einer Seite des Erkennungsziels 21, auf der die Zwischenelektroden-Streukapazität C₁ ausgebildet ist, um eine positive Elektrode handelt (siehe 6A und 6B) und es sich bei einer Seite, auf der die Zwischenelektroden-Streukapazität C₁ ausgebildet ist, um eine negative Elektrode handelt (siehe 7A und 7B). 8A und 8B sind Wellenformdiagramme zum Darstellen eines Falls, in dem sich das Erkennungsziel 21 in einem Zustand abgeschalteten Stroms mit einer Gleichspannung von 0 V befindet.
Wenn der Gleichspannungsdetektor verwendet wird, wird eine äußere Seitenfläche des konvexen Wandabschnitts 26 des Gehäuses 23 in die Nähe des Erkennungsziels 21 gebracht. Zu diesem Zeitpunkt kann das Erkennungsziel 21 kontaktiert oder nichtkontaktiert sein. Dadurch wird die Erkennungselektrode 11, die im Inneren des konvexen Wandabschnitts 26 des Gehäuses 23 bereitgestellt wird, über den konvexen Wandabschnitt 26 des Gehäuses 23 so angeordnet, dass sie sich gegenüber dem Erkennungsziel 21 befindet. Als Erkennungsziel 21 kann nicht nur ein blanker Draht wie zum Beispiel eine Oberleitung, sondern auch ein isolierter und ummantelter Draht wie zum Beispiel eine Stromleitung angewendet werden. Es ist nicht erforderlich, die Erkennungselektrode 11 mit dem blanken Draht oder einem Kern eines Drahtes in direkten Kontakt zu bringen, nachdem ein isolierender und ummantelnder Abschnitt davon entfernt worden ist.
In diesem Verwendungszustand wird in der in 1 veranschaulichten Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12 das Piezoelement 14 mit einer Schwingungsfrequenz angesteuert, die von der Schwingschaltung 15 ausgegeben wird, und durch Abgeben von Schwingungen mit einer Resonanzfrequenz des Piezoelements 14 (z. B. 4 kHz) an den variablen Kondensator 13 wird die Kapazität des variablen Kondensators 13 verändert. Wie in 4 und 5 veranschaulicht, wird im Besonderen durch Erregen der Elektroden 32 und 33 des Piezoelements 14 der bewegliche Elektrodenabschnitt 39 des variablen Kondensators 13, der an dem Piezoelement 14 befestigt ist, im Hinblick auf den feststehenden Elektrodenabschnitt 36 in Schwingungen versetzt, wodurch ein Abstand zwischen dem feststehenden Elektrodenabschnitt 36 und dem beweglichen Elektrodenabschnitt 39 so verändert wird, dass die Kapazität des variablen Kondensators 13 verändert wird. Durch Verändern der Kapazität des variablen Kondensators 13 wird der Wechselstrom erzeugt.
Der in der Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12 erzeugte Wechselstrom fließt durch einen geschlossenen Regelkreis aus der Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12 - der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 16 - der Versorgungsschaltung 19 - der Erdstreukapazität C₂ - der Erde - dem Erkennungsziel 21 - der Zwischenelektroden-Streukapazität C₁ - der Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12. Auf diese Weise wird der Wechselstrom, der von dem variablen Kondensator 13 der Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12 ausgegeben wird, durch die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 16 in die Gleichspannung umgewandelt. Die Gleichspannung, die von der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 16 ausgegeben wird, wird mit einer Schwingungsfrequenz, die von der Schwingschaltung 15 ausgegeben wird, durch die Synchronerkennungsschaltung 17 synchronisiert, und eine Erkennung wird durchgeführt.
Zu diesem Zeitpunkt weist die Spannung, die in die Synchronerkennungsschaltung 17 eingegeben wird, wenn sich das Erkennungsziel 21 in dem geladenen Zustand mit der Gleichspannung von +400 V befindet, die Wellenform auf, die in 6A dargestellt wird. Wenn sich das Erkennungsziel 21 in dem geladenen Zustand mit der Gleichspannung von -400 V befindet, ist die Wellenform so, wie in 7A dargestellt. Wenn sich das Erkennungsziel 21 in dem Zustand abgeschalteten Stroms mit der Gleichspannung von 0 V befindet, ist die Wellenform des Weiteren so, wie in 8A dargestellt. Was die Wellenformen in 6A, 7A und 8A betrifft, so werden lediglich Halbwellen durch synchrone Erkennung durch die Synchronerkennungsschaltung 17 invertiert. Mit anderen Worten, die Spannung, die von der Synchronerkennungsschaltung 17 ausgegeben wird, weist, wenn sich das Erkennungsziel 21 in dem geladenen Zustand mit der Gleichspannung von +400 V befindet, die Wellenform auf, die in 6B dargestellt wird. Wenn sich das Erkennungsziel 21 in dem geladenen Zustand mit der Gleichspannung von -400 V befindet, ist die Wellenform so, wie in 7B dargestellt. Wenn sich das Erkennungsziel 21 in dem Zustand abgeschalteten Stroms mit der Gleichspannung von 0 V befindet, ist die Wellenform des Weiteren so, wie in 8B dargestellt.
Durch Glätten (Umwandeln in Gleichstrom) der Spannung, die von der Synchronerkennungsschaltung 17 ausgegeben wird, die auf diese Weise erzielt wird, durch die Glättungsschaltung 18 werden Gleichspannungen des Erkennungsziels 21 mit Ausgangspegeln ausgegeben, die in 6B, 7B und 8B dargestellt werden. Auf Grundlage der Spannung, die von der Glättungsschaltung 18 ausgegeben wird, werden eine Leuchte oder ein Signalgeber (ohne Abbildung) betrieben, die/der mit der Glättungsschaltung 18 verbunden ist und in dem Gehäuse 23 bereitgestellt wird. Wenn sich das Erkennungsziel 21 zum Beispiel in dem geladenen Zustand mit der Gleichspannung von +400 V oder -400 V befindet, wird eine Arbeitskraft durch ein Leuchten der Leuchte oder ein Geräusch des Signalgebers über den Zustand in Kenntnis gesetzt. Wenn sich das Erkennungsziel 21 des Weiteren in dem Zustand abgeschalteten Stroms mit der Gleichspannung von 0 V befindet, wird eine Arbeitskraft durch Abschalten der Leuchte oder dadurch, dass verhindert wird, dass der Signalgeber ein Geräusch erzeugt, über den Zustand in Kenntnis gesetzt.
Auf diese Weise kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Gleichspannung in dem Erkennungsziel 21 auf Grundlage des Wechselstroms erkannt werden, der von der Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12 ausgegeben wird. Auf diese Weise fließt der Wechselstrom durch die Zwischenelektroden-Streukapazität C₁ , die zwischen dem Erkennungsziel 21 und der Erkennungselektrode 11 ausgebildet ist, und die Erdstreukapazität C₂ , die zwischen der innen liegenden Abschirmung 30 und der Erde ausgebildet ist, und so kann nicht nur ein blanker Draht wie zum Beispiel eine Oberleitung, sondern auch ein isolierter und ummantelter Draht wie zum Beispiel eine Stromleitung das Erkennungsziel sein 21, und die Vielseitigkeit des Gleichspannungsdetektors wird erhöht. Des Weiteren wird die Notwendigkeit einer Erdungsleitung des Gleichspannungsdetektors beseitigt, und folglich kann eine Durchführbarkeit von Elektroarbeiten mithilfe des Gleichspannungsdetektors verbessert sein, und der Gleichspannungsdetektor kann kleiner und leichter sein.
Des Weiteren ist die innen liegende Abschirmung 30 an Abschnitten mit Ausnahme der Erkennungselektrode 11, das heißt, mit Ausnahme des konvexen Wandabschnitts 26 des unteren Gehäuseteils 25, an den die Erkennungselektrode 11 angehaftet ist, und des konkaven Wandabschnitts 27 des oberen Gehäuseteils 24 ausgebildet, und auf diese Weise werden nicht nur die Bestandteile des Aufbaus, die auf der Verkabelungsplatte 22 montiert sind, vor externem Rauschen geschützt, sondern die Erdstreukapazität C₂ , die zwischen der innen liegenden Abschirmung 30 und der Erde ausgebildet ist, kann auch bis zu einer maximalen Kapazität des Gehäuses erhöht werden. Auf diese Weise kann der Wechselstrom leicht in der Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12 erzeugt werden.
Bei der in 1 veranschaulichten Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem das Erkennungsziel 21 eine Erdungsschaltung aufweist, die vorliegende Erfindung kann jedoch nicht nur auf den Fall angewendet werden, in dem das Erkennungsziel 21 eine Erdungsschaltung aufweist, sondern auch auf einen Fall, in dem das Erkennungsziel 21 eine Neutralpunkt-Erdungsschaltung oder eine Nicht-Erdungsschaltung aufweist. 9 ist eine Veranschaulichung einer Ausführungsform, bei der der Gleichspannungsdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung auf das Erkennungsziel 21 angewendet wird, das eine Nicht-Erdungsschaltung aufweist. Eine Gestaltung und ein Betrieb des in 9 veranschaulichten Gleichspannungsdetektors ähneln denjenigen der in 1 veranschaulichten Ausführungsform, und daher wird eine überflüssige Beschreibung davon weggelassen.
Wenn das Erkennungsziel 21 eine Erdungsschaltung beinhaltet, kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Gleichspannung durch eine Erdverbindung der verwandten Technik der Erdungsleitung erkannt werden. Wenn das Erkennungsziel 21 eine Nicht-Erdungsschaltung beinhaltet, kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Gleichspannung bisher nicht erkannt werden. Durch Verwenden des Gleichspannungsdetektors gemäß der vorliegenden Erfindung, der die Wechselstrom-Erzeugungseinheit 12 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, ist selbst dann, wenn das Erkennungsziel 21 eine Nicht-Erdungsschaltung beinhaltet, eine Erdstreukapazität C₃ des Erkennungsziels 21 erheblich höher als die Zwischenelektroden-Streukapazität C₁ , wie in 9 veranschaulicht, wodurch ermöglicht wird, dass das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Gleichspannung erkannt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannte Ausführungsform beschränkt. Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt werden, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird in den Ansprüchen definiert und schließt Entsprechungen, die in den Ansprüchen beschrieben sind, und sämtliche Änderungen innerhalb des Umfangs der Ansprüche ein.

Claims

Gleichspannungsdetektor, der so gestaltet ist, dass er das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Gleichspannung in einem Erkennungsziel (21) erkennt, indem eine Erkennungselektrode (11), die im Inneren eines Gehäuses (23) bereitgestellt wird, in eine Nähe des Erkennungsziels (21) gebracht wird, wobei der Gleichspannungsdetektor eine Wechselstrom-Erzeugungseinheit (12) aufweist, die einen variablen Kondensator (13) umfasst, der mit einer Ausgangsseite der Erkennungselektrode (11) verbunden ist, wobei die Wechselstrom-Erzeugungseinheit (12) so gestaltet ist, dass sie durch Ändern der Kapazität des variablen Kondensators (13) einen Wechselstrom erzeugt, der der Gleichspannung entspricht, wobei die Wechselstrom-Erzeugungseinheit (12) zwischen einer Zwischenelektroden-Streukapazität (C₁), die zwischen dem Erkennungsziel (21) und der Erkennungselektrode (11) ausgebildet ist, und einer Erdstreukapazität (C₂) angeordnet ist, die zwischen einer innen liegenden Abschirmung (30) des Gehäuses (23) und einer Erde ausgebildet ist.
Gleichspannungsdetektor nach Anspruch 1, wobei die Wechselstrom-Erzeugungseinheit (12) aufweist: einen variablen Kondensator (13), der mit einer Ausgangsseite der Erkennungselektrode (11) verbunden ist; und ein Piezoelement (14), das so gestaltet ist, dass es eine Kapazität des variablen Kondensators (13) verändert.
Gleichspannungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die innen liegende Abschirmung (30) an einem Abschnitt im Inneren des Gehäuses (23) mit Ausnahme der Erkennungselektrode (11) ausgebildet ist.
Gleichspannungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Erkennungsziel (21) eine Erdungsschaltung aufweist.
Gleichspannungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Erkennungsziel (21) eine Nicht-Erdungsschaltung aufweist.