JP2002529904A - ヒューズの断路を認識するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はヒューズ（１７、１８、１９）、特に半導体素子（１４、１５、１６）と直列に接続されている、回転軸（２２）の上に配置されているヒューズの断路を認識するための方法および装置に関する。本発明によれば、ヒューズの断路の際に生ずる電磁的パルス（３３）が、ヒューズの付近に配置されているアンテナ（２０、３０、４６）により捕捉される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、ヒューズ、特に半導体素子と直列に接続され、回転軸の上に配置さ
れたヒューズの断路を認識するための方法および装置に関する。

【０００２】 このようなヒューズは、特に半導体素子を有する整流器設備のような電気設備
に使用される。半導体素子はヒューズにより保護される。半導体素子の例えばブ
レークダウンのような不良の際に回路の故障した枝路は、付属のヒューズの断路
により選択的にその他の電気的システムから切り離される。多重に並列接続した
半導体素子では、その場合、作動は通常電気的な設計に基づいて維持される。し
かし設備を監視するには、ヒューズの断路を認識しかつ指示する必要がある。

【０００３】 ヒューズの断路を認識するためにヒューズ内に集積された指示器は知られてい
る。多くの場合、ヒューズの断路時にセットアップされるフラグが使用される。
回転軸の上に配置されたヒューズの場合、このフラグのセットアップは遠心力に
より行われる。その場合監視は、視覚により経験値に基づく一定の時間間隔で行
われる。回転軸はストロボスコープによる観察のため、軸の回転数に適合する点
滅数で照明される。この手動による監視は、時間および熟練者を必要とし、かつ
ストロボスコープの制御の質に関係する。代替的又は追加的にビデオカメラによ
る監視も行われる。この形式の監視は費用がかかり、ビデオカメラにより撮影さ
れて適当な個所に伝達される像を経験者が検査する必要がある。

【０００４】 ヒューズの断路はヒューズを通って流れる電流の監視によっても認識される。
例えば電流により発生する磁界の監視がホール素子により行われる。電流中断が
検出されると直ちに、これはヒューズの断路に帰される。ヒューズを通って流れ
る電流の監視は非常に費用がかかる。電流中断が検出されると、最初に視覚によ
るヒューズの監視によりその断路が確認される。さらに、元々電子的なヒューズ
監視を装備していない機械にそれを後から装備するには高い費用がかかる。その
上、後からの装備は、十分な空間が機械内に得られるときにのみ可能である。

【０００５】 従って本発明の課題は、ヒューズの断路を認識するための簡単な、後から装備
可能な、確実かつ自動的に動作する監視方法と装置とを提供することである。

【０００６】 本発明によれば、冒頭にあげた種類の方法において、この課題はヒューズおよ
び場合によっては存在する別の構成部分から発せられる電磁的パルスを捕捉し、
かつヒューズ断路の際に生ずる電磁的パルスかどうかを検査することにより解決
される。上記の課題は、本発明によれば、冒頭にあげた種類の装置において、ヒ
ューズの付近に配置され、かつヒューズの断路の際に生ずる電磁的パルスを捕捉
する少なくとも１つのアンテナを設けることにより解決される。

【０００７】 本発明は、ヒューズの断路時に高い断路電流が短時間存在することに基礎を置
く。溶融ヒューズを使用する際には溶融導体にアーク放電が生ずる。高い中断電
流およびアーク放電電圧が電磁的パルスを発生する。回転する半導体およびヒュ
ーズを有する励磁機、例えば整流器回路内に使用する際には、電磁的パルスの時
間的長さおよび周波数は回転軸の回転数、負荷回路内のインダクタンスおよび断
路時点に関係する。

【０００８】 これらのパルスは捕捉し、かつヒューズの断路に対する信号として使用する。

【０００９】 通常の場合ヒューズの断路は、半導体素子が正常に機能しないとき、最も高い
電圧が加わった状態における阻止方向で起る。従ってヒューズ断路時の電磁的パ
ルスのパルス時間は、整流のために使用される個々の半導体素子の所謂キャリア
せき止め効果のピークよりも何倍も高い。これらのピークは後方に接続されてい
る負荷のインダクタンスに帰するものである。半導体素子に与えられた電圧が、
これらのインダクタンスに基づいて半導体素子内でせき止められる。ブレークダ
ウンの際、それは外部から与えられる電圧のピークより著しく高い値迄上昇し、
また次いで再び復帰低下する。ピークは抵抗およびコンデンサを有する適当な付
属回路により崩壊可能であり、また周期的に生起する。

【００１０】 ヒューズの断路の際に生ずる電磁的パルスは、これに対し各ヒューズ毎に一回
しか生起せず、かつパルス長さおよびパルス高さは、場合によっては存在してい
る他の構成部分、例えば半導体素子から発せられるパルスと異なっている。従っ
て、全ての発せられる電磁的パルスの捕捉およびヒューズの断路の際に生ずる電
磁的パルスの検査により確実にヒューズの断路が認識される。

【００１１】 アンテナは、ヒューズがアンテナの受信範囲内に位置するよう、ヒューズの付
近に配置される。

【００１２】 本発明の装置は無接触で動作し、アンテナの占有場所も非常に小さい。特にタ
ーボ発電機用の励磁機における、既存の設備への事後装備が容易に可能である。
さらに、経験値又は熟練者に頼らない連続的かつ自動的な監視が可能である。

【００１３】 本発明の有利な実施の形態は従属請求項に挙げられている。

【００１４】 捕捉されたパルスは信号フィルタ内で処理するのがよい。この信号フィルタは
特定周波数範囲の電磁的パルスのフィルタアウトと、パルス高さの予め定められ
た範囲への制限とを可能にする。これにより、どんな場合にもヒューズの断路に
帰すべきでないパルスは最初からフィルタアウトされる。

【００１５】 有利な実施例では、捕捉されたパルスは解析器内で解析される。この解析器は
分離した装置として、又はソフトウェアにより実現される。この解析器内で、捕
捉されたパルスが検査される。許容し得ない電磁的パルスの検知もしくは予め定
められた値との比較が行われる。両方の進行の方法はヒューズの断路の際に電磁
的パルスの確実な認識を可能にする。

【００１６】 有利な実施例によれば、捕捉されたパルスの解析の結果又は捕捉されたパルス
は、特定の時間にわたり一時メモリ内に一時記憶される。この一時メモリは解析
の結果又は捕捉されたパルスの短時間の記憶のみを実行し、従って記憶容量の小
さなものであってよい。

【００１７】 一時メモリは、特定の時間の経過後に重ね書きするのがよい。これにより、全
体として必要なメモリ容量が減ぜられる。

【００１８】 有利な実施例では、前記の特定の時間は、回転軸の回転時間又はその整数倍に
相当する。これにより、他の構成部分の周期的に経過する電磁的パルスへの適応
が達成される。

【００１９】 ヒューズの断路認識時に、対応する信号を固定メモリ内に記憶するのがよい。
固定メモリは、実際にヒューズの断路を認識したときにのみ必要とされ、従って
また記憶容量の小さなものですむ。適当な設計の場合、多くの一時メモリと接続
された単一の固定メモリを設ける。これによりコストが低減される。同時に、た
だ固定メモリを検査すればよいので、利用者によるアクセスが簡単になる。

【００２０】 有利な実施例によれば、軸の回転位置がクロック発生器を介して検出され、捕
捉されたパルスと論理演算される。軸上のクロック発生器を利用して、ヒューズ
の位置が求められる。通常、ターボ発電機に対する励磁機では多くのヒューズが
共通の軌道上を回転する。ヒューズの断路は、冒頭に述べたように、通常、最も
高い電圧が加わった状態の半導体素子の阻止相内で生じる。軸の回転位置からの
断路の時点で、最も高い電圧を負荷されたヒューズが求められる。通常の場合、
このヒューズが断路する。従ってクロック発生器を介しての軸の回転位置との論
理演算により断路したヒューズが求められる。

【００２１】 少なくとも１つのアンテナは、ヒューズを少なくとも部分的に包囲している。
アンテナは位置固定のアンテナとして構成するとよい。ヒューズが回転軸の上に
配置されているならば、アンテナは回転軸を包囲する。

【００２２】 有利な実施例によれば、アンテナは一体品として構成される。それはヒューズ
の周りに取付けるために曲げて固定される。

【００２３】 本発明の装置において、アンテナは、他の好適な実施例では、ヒューズを包囲
する多くの円弧状セグメントから組立てられる。アンテナの個々のセグメントは
迅速かつ簡単に取付けられる。既存の設備への事後装備も容易に可能である。

【００２４】 有利な実施例では、円弧状のセグメントは電磁的に互いに隔離される。断路し
たヒューズとセグメントとの相互位置に関係して、断路の際に生じた電磁的パル
スが少なくとも１つのセグメントにより捕捉される。セグメントにより捕捉され
たパルスの強さの比較により、個々のセグメントへの断路したヒューズの間隔が
求められる。これにより、断路したヒューズの正確な位置認識が可能である。

【００２５】 有利な実施例によれば、軸線方向に互いに間隔をおいて多くのアンテナが設け
られる。軸線方向に互いに間隔をおいたアンテナにより、回転軸に沿って配置さ
れた多くのヒューズ又はヒューズ群が同時にかつ確実に監視される。断路の際に
断路したヒューズの位置が一義的に求められる。

【００２６】 有利な実施例によれば、アンテナは周囲に対して遮蔽されている。他のスイッ
チング過程のような擾乱信号はその場合には捕捉されない。これにより外部の影
響による誤動作が防止される。

【００２７】 軸の回転位置を検出するためのクロック発生器を設けると有利である。クロッ
ク発生器は、特に電磁的に互いに隔離された円弧状のセグメントと結び付いて、
断路したヒューズの正確な決定を可能にする。

【００２８】 有利な実施例では、捕捉されたパルスを解析、検査および記憶するためのデー
タ処理装置が設けられる。このデータ処理装置は、迅速かつ簡単に、例えば回転
軸の回転数のような相異なる周辺条件に適合される。

【００２９】 以下、図面に概要を示す回転軸上に多くのヒューズおよび構成要素を有する励
磁機により本発明を一層詳細に説明する。この例は本発明の範囲を限定するもの
ではなく、単に説明の役割をするものである。

【００３０】 図１は三相交流ブリッジ回路を示す。三相交流は３つの相１１、１２、１３を
経て供給され、直流に変換される。変換の役割は、各々ヒューズ１７ａ、１７ｂ
、１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂと直列に接続された６つのダイオード１４ａ
、１４ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂが果たす。ダイオード１４ａ、１５
ａ、１６ａは図示の回路では各々交流電圧Ｕ₁の正の半波を通過させ、逆方向は
阻止する。交流電圧Ｕ₁の負の半波はダイオード１４ｂ、１５ｂ、１６ｂを経て
導かれる。こうして負荷抵抗Ｒ₁に直流電圧Ｕ₂が与えられる。負荷抵抗Ｒ₁はオ
ーム抵抗として図示しているが、インダクタンスを含んでいてもよい。

【００３１】 ヒューズ１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂの付近にアンテナ
２０が配置されている。このアンテナ２０がヒューズ１７ａ、１７ｂ、１８ａ、
１８ｂ、１９ａ、１９ｂを少なくとも部分的に包囲することを破線で示す。例え
ばヒューズ１７ａがダイオード４ａのブレークダウンの結果として断路すると、
アンテナ２０により捕捉される電磁的パルスが生ずる。勿論アンテナ２０は他の
電磁的パルスをも受信するが、それらは断路パルスから明らかに区別される。

【００３２】 図２は励磁機２１を通る縦断を概略的に示す。励磁機２１は、軸受２３、２４
内に、その縦方向軸線２５の周りに回転可能に支えられた軸２２を有する。軸２
２上で、主励磁機２６および補助励磁機２７が動作する。固定子２６ａ、２７ａ
は、詳細には図示しないケースに固定的に取付けられている。回転子２６ｂ、２
７ｂは軸２２に固定的に取付けられている。所望の直流電圧を発生する役割は、
軸線方向に互いに間隔をおいて軸２２に固定して取付けられた整流器ホイール２
８、２９が果たす。第１の整流器ホイール２８内にヒューズ１７ａ、１８ａ、１
９ａが収容され、かつ第２の整流器ホイール２９内にヒューズ１７ｂ、１８ｂ、
１９ｂが収容されている。両方の整流器ホイール２８、２９は、アンテナ２０、
３０により少なくとも部分的に包囲される。

【００３３】 軸２２は、図２の左端に別の機械と接続するための連結部３１を有する。軸２
２の反対側の端には、軸２２の回転時にクロック発生器３２のそばを通過する突
起４５が形成されている。クロック発生器３２は軸２２の回転数のコントロール
を可能にするだけでなく、アンテナ２０、３０と共同して各々断路したヒューズ
１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂの決定をも可能にする。

【００３４】 図３ａの横断面図に、アンテナ２０の構成および配置を一層詳細に示す。アン
テナ２０は３つの円弧状セグメント２０ａ、２０ｂ、２０ｃから成っている。セ
グメント２０ａ、２０ｂ、２０ｃは電磁的に互いに隔離されている。ヒューズ１
７ａ、１８ａ、１９ａの位置を概略的に示してある。例えばヒューズ１７ａが断
路すると、セグメント２０ｃがセグメント２０ａ、２０ｂよりもはるかに強い信
号を受信する。同時に軸２２の回転位置がクロック発生器３２を介して捕捉され
るので、どのヒューズ１７ａ、１８ａ、１９ａが断路の時点でセグメント２０ｃ
にすぐ並んで位置したかが一義的に確かめられる。これにより断路したヒューズ
１７ａ、１８ａ、１９ａの決定が可能になる。

【００３５】 図３ｂは一体品として構成されているアンテナ４６を示す。アンテナ４６は整
流器ホイール２８の周りに取付けるために湾曲され、続いて固定される。周囲か
らの擾乱信号は遮蔽４８により遮断される。

【００３６】 図４は断路過程の概要を示す。時点ｔ０ 迄断路は生じていない。機械電圧Ｕ_N は規則的かつ周期的に経過する。時点ｔ０ でヒューズ１７ａ、１７ｂ、１８ａ
、１８ｂ、１９ａ、１９ｂの１つが断路する。断路の際に生ずるアーク電圧Ｕ_B
は機械電圧Ｕ_Nよりも明らかに大きい振幅を有する。同時に比較的高い断路電流
Ｉが流れる。断路の直後にアーク電圧Ｕ_Bは崩壊する。断路電流Ｉは０に復帰す
る。その後は機械電圧Ｕ_Nが再び与えられる。

【００３７】 アーク電圧Ｕ_Bと断路電流Ｉは、正常作動中のそれと明らかに区別される電磁
的パルスを発生する。これらパルスは、他の構成部分から発せられるパルスと共
にアンテナ２０、３０により捕捉され、ヒューズ１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８
ｂ、１９ａ、１９ｂの断路の際に生ずる電磁的パルスかどうかを判断される。

【００３８】 図５は信号処理の概要を示す。ヒューズ１７ａはアンテナ２０により包囲され
る。ダイオード１４ａの故障時にヒューズ１７ａが断路し、電磁的パルス３３が
生ずる。これらパルス３３はアンテナ２０により捕捉される。アンテナ２０はさ
らに、半導体素子４７、回転又は静止しているダイオードやサイリスタが発生す
る電磁的パルス３４を受信する。かかる半導体素子は特に主励磁機の電流回路内
に配置される。アンテナ２０により捕捉されたパルス３３、３４は受信器３５に
伝達される。その後それらは信号フィルタ３６に伝達される。信号フィルタ３６
は、予め定めた特定の周波数およびパルス高さの範囲内にあるパルスのみを通過
させる。これにより、アンテナ２０により捕捉される擾乱パルスがフィルタアウ
トされる。同時に作動中に通常生ずるパルスがフィルタアウトされる。

【００３９】 解析器３７内でフィルタされたパルスが解析され、ヒューズ１７ａの断路時に
生ずる電磁的パルスか否かが検査される。解析器３７には同じく、クロック発生
器３２により捕捉された軸２２の回転位置が与えられる。軸２２の回転位置は解
析器３７に与えられるパルスと論理演算され、これにより断路したヒューズの正
確な決定を可能にする。解析の結果又は解析器３７に与えられたパルスは続いて
一時メモリ３８内に格納される。ヒューズ１７ａの断路が認識されると、相応の
信号が固定値メモリ３９内に格納される。この断路信号は、矢印を付した破線４
３で示すように、直接に解析器３７から固定値メモリ３９に与えてもよい。

【００４０】 進行を制御かつ監視する役割は制御モジュール４０が果たす。制御モジュール
４０は解析器３７、一時メモリ３８および固定値メモリ３９と接続されている。
矢印を持つ破線４４で示すように、クロック発生器３２との接続も可能である。
断路が認識されると、相応の指示が出力モジュール４１上に行われる。出力モジ
ュール４１は制御モジュール４０、固定値メモリ３９の一方又は双方により駆動
される。代替的又は追加的に、解析器３７による駆動も可能である。一時メモリ
３８は特定時間の経過後に自動的に重ね書きされる。この特定時間は、回転軸２
２の回転継続時間又はその整数倍に相当する。断路に関する情報は、次いで固定
値メモリ３９又は制御モジュール４０から取り出される。

【００４１】 本発明による装置は構造的に簡単に構成され、事後装備も可能である。それは
経験者なしでもヒューズの断路の自動的な監視および認識を可能にする。さらに
本発明による装置は無接触で動作し、従って磨耗が少なく、かつ長寿命である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 整流器に対する三相ブリッジ回路。

【図２】 励磁機の縦断面の概要図。

【図３】 ａは図２中の一点鎖線に沿う断面の拡大図、ｂは他の実施例での図３ａに類似
の図。

【図４】 機械電圧Ｕ_N、アーク電圧Ｕ_Bおよび断路電流Ｉの経過の概要図。

【図５】 信号処理のブロック回路図。

【符号の説明】

１４〜１６ 半導体素子 １７〜１９ ヒューズ ２０、３０、４６ アンテナ ２０ａ〜２０ｃ 円弧状のセグメント ２２ 回転軸 ３３、３４ 電磁的パルス ３６ 信号フィルタ ３７ 解析器 ３８ 一時メモリ ３９ 固定値メモリ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒューズ（１７、１８、１９）、特に半導体素子（１４、１
   ５、１６）と直列に接続され、回転軸（２２）の上に配置されているヒューズ（
   １７、１８、１９）の断路を認識するための方法において、 ヒューズ（１７、１８、１９）および場合によっては存在している別の構成部
   分（４７）から発せられる電磁的パルス（３３、３４）を捕捉し、かつヒューズ
   （１７、１８、１９）の断路の際に生ずる電磁的パルス（３３）であるか否かを
   判断することを特徴とするヒューズの断路を認識するための方法。
2. 【請求項２】 捕捉したパルス（３３、３４）を信号フィルタ（３６）内で
   処理することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 捕捉したパルス（３３、３４）を解析器（３７）内で解析す
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 【請求項４】 捕捉したパルス（３３、３４）の解析の結果又は捕捉したパ
   ルス（３３、３４）を、特定の時間にわたり一時メモリ（３８）内に一時記憶さ
   せることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 一時メモリ（３８）を特定の時間の経過後に重ね書きするこ
   とを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 特定の時間が回転軸（２２）の回転時間又はその整数倍に相
   当することを特徴とする請求項４又は５記載の方法。
7. 【請求項７】 ヒューズ（１７、１８、１９）の断路の認識の際に対応付け
   た信号を固定メモリ（３９）内に記憶させることを特徴とする請求項１ないし６
   の１つに記載の方法。
8. 【請求項８】 軸（２２）の回転位置をクロック発生器（３２）を介して検
   出し、捕捉したパルス（３３、３４）と論理演算することを特徴とする請求項１
   ないし７の１つに記載の方法。
9. 【請求項９】 特に請求項１ないし７の１つによる方法を実行するため、ヒ
   ューズ（１７、１８、１９）、特に半導体素子（１４、１５、１６）と直列に接
   続され、回転軸（２２）の上に配置されたヒューズ（１７、１８、１９）の断路
   を認識するための装置において、 ヒューズ（１７、１８、１９）の付近に配置され、かつヒューズ（１７、１８
   、１９）の断路の際に生ずる電磁的パルス（３３）を捕捉する少なくとも１つの
   アンテナ（２０、３０、４６）を備えることを特徴とする装置。
10. 【請求項１０】 アンテナ（２０、３０、４６）がヒューズ（１７、１８、
    １９）を少なくとも部分的に包囲することを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 【請求項１１】 アンテナ（４６）が一体品として構成されたことを特徴と
    する請求項９又は１０記載の装置。
12. 【請求項１２】 アンテナ（２０、３０）がヒューズ（１７、１８、１９）
    を包囲する多くの円弧状のセグメント（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）から組立てら
    れたことを特徴とする請求項９又は１０記載の装置。
13. 【請求項１３】 円弧状のセグメント（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）が電磁的
    に互いに隔離したことを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. 【請求項１４】 軸線方向に互いに間隔をおいて多くのアンテナ（２０、３
    ０）が設けられたことを特徴とする請求項９ないし１３の１つに記載の装置。
15. 【請求項１５】 アンテナ（２０、３０、４６）が周囲に対して遮蔽された
    ことを特徴とする請求項９ないし１４の１つに記載の装置。
16. 【請求項１６】 軸（２２）の回転位置を検出するためのクロック発生器（
    ３２）が設けられたことを特徴とする請求項９ないし１５の１つに記載の装置。
17. 【請求項１７】 捕捉されたパルス（３３、３４）を解析、検査および記憶
    するためのデータ処理装置（４２）を備えることを特徴とする請求項９ないし１
    ６の１つに記載の装置。