JP2007298306A - 絶縁破壊検出装置及びそれを備えた安全装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接地の有無にかかわらず、負荷機器と所定の導体との間における絶縁破壊の発生を検出することのできる絶縁破壊検出装置及びそれを備えた安全装置を提供する。
【解決手段】互いに絶縁された負荷機器１４と導体１５との間における絶縁破壊の発生を検出する絶縁破壊検出装置２０であって、負荷機器１４と導体１５との間に所定の低電圧を印加する検出スイッチ２３と、検出スイッチ２３により所定の低電圧を印加した後、負荷機器１４と導体１５との間の抵抗値が所定値よりも小さいときに、絶縁破壊発生の信号を出力する比較器２５とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばヒータ等の高電圧動作機器を有する自動販売機に備わる絶縁破壊検出装置及びそれを備えた安全装置に関するものである。

従来、この種の装置として、本体底部に電気回路基板を備えた電気機器において、電気回路基板と電源の間に設けられた漏電遮断器の電源側の入力と電気回路基板側の出力とからリード線を引き出して、各リード線の先端を電気回路基板よりも低い位置に配置することで、電気回路基板が浸水する前に漏電遮断器によって電源から電気回路基板への電力供給を停止して、電気回路基板に取り付けられた電装部品の電食を未然に回避するようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照。）。
特開平１１−１７８１９６号公報

一般に、漏電遮断器は負荷機器の入出力電流の差から漏洩電流を検出して漏電を遮断するように動作するが、漏電遮断器が設けられた負荷機器と、例えば負荷機器を収容する筐体との間に絶縁の劣化や短絡等による絶縁破壊が発生している場合、筐体にアース線が接続されておらず、又は接続不良等のため接地されていなければ、負荷機器と筐体との間に漏洩電流が流れないおそれがあり、筐体と他の導体とが接触等して漏洩電流が流れるまで漏電遮断器が作動しないといった問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接地の有無にかかわらず、負荷機器と所定の導体との間における絶縁破壊の発生を検出することのできる絶縁破壊検出装置及びそれを備えた安全装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、互いに絶縁された負荷機器と所定の導体との間における絶縁破壊の発生を検出する絶縁破壊検出装置であって、負荷機器と前記所定の導体との間に所定の低電圧を印加する検出スイッチと、検出スイッチにより所定の低電圧を印加した後、負荷機器と前記所定の導体との間の抵抗値が所定値よりも小さいときに、絶縁破壊の発生信号を出力する信号出力手段とを備えた絶縁破壊検出装置を提案する。

この絶縁破壊検出装置によれば、負荷機器と所定の導体との間に所定の低電圧を印加して抵抗値が所定値よりも小さいときに絶縁破壊の発生信号が出力されるので、所定の低電圧を印加することで、人体への影響が少なく、負荷機器と所定の導体との間に漏洩電流が流れうる状態を検出することが可能となる。

また、本発明は前記目的を達成するために、前記絶縁破壊検出装置と、前記負荷機器に電力を供給する電源と負荷機器との間の接続又は切断を切り替える切替スイッチと、前記切替スイッチを制御する切替スイッチ制御手段と、切替スイッチ制御手段により切替スイッチを切断に切り替えた後に、検出スイッチをオンにする検出スイッチ制御手段と、前記信号出力手段により絶縁破壊発生の信号が出力されたときに、電源から負荷機器への電力の供給を停止する供給停止手段とを備えた安全装置を提案する。

この安全装置によれば、絶縁破壊の発生信号が入力されたときに電源から負荷への電力の供給が停止されるので、負荷機器と所定の導体との間に漏洩電流が流れうる状態のとき、電源から負荷機器に電圧が印加されない。

本発明に係る絶縁破壊検出装置によれば、所定の低電圧を印加することで、人体への影響が少なく、負荷機器と所定の導体との間に漏洩電流が流れうる状態を検出することができるから、所定の導体が接地されておらず実際に漏洩電流が流れていないときでも、負荷機器と所定の導体との間の絶縁破壊の発生を検出することができる。

また、本発明に係る安全装置によれば、負荷機器と所定の導体との間に漏洩電流が流れうる状態のとき、電源から負荷機器に電圧が印加されないことから、所定の導体が接地されておらず実際に漏洩電流が流れていないときでも、負荷機器と所定の導体との間の絶縁破壊の発生を検出することができるとともに、所定の導体から他の導体へ漏洩電流が流れる危険を防止することができる。

図１乃至図３は本発明の第１実施形態を示すもので、図１は自動販売機の概略構成図、図２は図１に示した自動販売機の制御系構成を示すブロック図、図３は図１に示した絶縁破壊検出装置の動作を示すフローチャートである。

図１に示すように、絶縁破壊検出装置が備わる自動販売機は、自動販売機本体部１０、及び絶縁破壊検出装置２０から構成されている。

自動販売機本体部１０は、商用交流電源１１、切替スイッチ１２、負荷機器スイッチ１３、負荷機器１４、導体１５、及び制御装置１６から構成されている。

商用交流電源１１は、自動販売機全体に電力を供給するためのものであり、一般的家庭用電源を用いている。

切替スイッチ１２及び負荷機器スイッチ１３は、商用交流電源１１から負荷機器１４に電力を供給するためのものであり、切替スイッチ１２は、商用交流電源１１と負荷機器１４との間の接続（図において下側の接点に接続）又は切断（図において上側の接点に接続）を切り替えている。切替スイッチ１２によって商用交流電源１１と負荷機器１４との間を接続し、負荷機器スイッチ１３をオンにすることで、商用交流電源１１から負荷機器１４に電力を供給するようになっている。

負荷機器１４は、例えば自動販売機に備わるヒータ、モータ、ソレノイド等の高電圧動作機器であり、商用交流電源１１から供給された電力で動作している。

導体１５は、例えば人が触れやすい自動販売機の筐体等であり、負荷機器１４と互いに絶縁されている。

制御装置１６は、ＣＰＵ及びＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを備えた周知のコンピュータから構成されており、主に負荷機器１４への電力の供給を制御している。

絶縁破壊検出装置２０は、検出電源２１、抵抗２２、検出スイッチ２３、基準電源２４、比較器２５、及び制御部２６から構成されている。

検出電源２１は、１２〜２４［Ｖ］程度の直流低電圧電源であり、抵抗２２を介して検出スイッチ２３及び比較器２５と接続している。

検出スイッチ２３は、負荷機器１４と導体１５との間に電圧を印加するためのものであり、検出スイッチ２３をオンにすることで、負荷機器１４と導体１５との間に検出電源２１から抵抗２２を介して電圧を印加している。

比較器２５は周知のコンパレータであり、非反転入力端子から基準電源２４の電圧が入力され、反転入力端子から抵抗２２を介して検出電源２１の電圧が入力されており、この２つの電圧の高低を比較した結果を表すディジタル信号を出力している。ここで、検出スイッチ２３がオフのときに、検出電源２１から抵抗２２を介して入力される電圧は、基準電源２４から入力される電圧よりも高く設定されており、このとき、比較器２５は出力信号としてローレベルの電圧を出力するようになっている。

制御部２６は、ＣＰＵ及びＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリを備えた周知のコンピュータから構成されており、絶縁破壊検出装置２０の全体の動作を制御している。

図２に示すように、制御装置１６には、切替スイッチ１２、負荷機器スイッチ１３、及び制御部２６が接続されており、制御装置１６は自己のメモリ内に格納されたプログラム及び制御部２６から入力される信号に基づいて、切替スイッチ１２、負荷機器スイッチ１３、及び制御部２６に制御信号を出力している。

制御部２６には、制御装置１６に加え、検出スイッチ２３、及び比較器２５が接続されており、制御部２６は、自己のメモリ内に格納されたプログラム及び制御装置１６から入力される制御信号に基づいて、検出スイッチ２３に制御信号を出力し、比較器２５から入力される信号に基づいて、制御装置１６に検出結果の信号を出力している。なお、本実施形態では、制御部２６を介して検出結果の信号を出力するようにしたが、これに限定されず、比較器２５から直接制御装置１６に出力するようにしてもよい。

すなわち、図３に示すように、制御部２６は、制御装置１６から検出要求の制御信号が入力されたか否かを判定し（Ｓ１）、検出要求の制御信号が入力されるまでＳ１の処理を繰り返す。このとき、制御装置１６は、検出要求の制御信号を出力する前、あるいは検出要求の制御信号を出力すると同時に、切替スイッチ１２によって商用交流電源１１と負荷機器１４との間を切断する。

検出要求の制御信号が入力されると、制御部２６は検出スイッチ２３をオンにして（Ｓ２）、比較器２５から入力される信号がハイレベルの電圧か否かを判定する（Ｓ３）。

負荷機器１４と導体１５との間に絶縁破壊が発生している場合、負荷機器１４と導体１５との間の抵抗値が低くなっており、検出スイッチ２３をオンにしたときに、検出電源２１から抵抗２２、検出スイッチ２３、負荷機器１４、及び導体１５を介して地面に電流が流れる。この結果、負荷機器１４と導体１５との間の抵抗値が所定値よりも小さくなっていると、比較器２５の反転入力端子に入力される電圧が基準電源２４から入力される電圧よりも十分に低くなり、比較器２５は出力信号としてハイレベルの電圧を出力する。制御部２６は、比較器２５から入力される信号がローレベルの電圧からハイレベルの電圧に変わったとき、制御装置１６に異常信号（絶縁破壊発生の信号）を出力し（Ｓ４）、処理を終了する。これにより、検出電源２１の低電圧を印加することで、人体への影響が少なく、負荷機器１４と導体１５との間に漏洩電流が流れうる状態を検出することが可能となる。このとき、制御部２６から異常信号（絶縁破壊発生の信号）が入力された制御装置１６は、正常信号が入力されるまで負荷機器スイッチ１３がオンにならないように制御する。

また、負荷機器１４と導体１５との間に絶縁破壊が発生していない場合、負荷機器１４と導体１５との間は互いに絶縁されているため抵抗値が十分に大きくなっており、検出スイッチ２３をオンにしたときに、検出電源２１から抵抗２２、検出スイッチ２３、負荷機器１４、及び導体１５を介して地面に電流が流れることはない。この結果、比較器２５の反転入力端子に入力される電圧は、基準電源２４から入力される電圧よりも高く、比較器２５は出力信号としてローレベルの電圧を出力し続ける。制御部２６は、比較器２５から入力される信号がローレベルの電圧のとき、制御装置１６に正常信号（絶縁破壊なしの信号）を出力し（Ｓ５）、処理を終了する。

本実施形態では、絶縁破壊検出装置２０を自動販売機に設けるようにしたが、これに限定されず、自動抽出機、ショーケース等、特に高電圧動作機器が備わる装置に設けるようにしてもよい。

このように、本実施形態によれば、負荷機器１４と導体１５との間に検出電源２１の低電圧を印加して抵抗値が所定値よりも小さいときに異常信号（絶縁破壊発生の信号）を出力するので、検出電源２１の低電圧を印加することで、人体への影響が少なく、負荷機器１４と導体１５との間に漏洩電流が流れうる状態を検出することができるから、導体１５が接地されておらず実際に漏洩電流が流れていないときでも、負荷機器１４と導体１５との間の絶縁破壊の発生を検出することができる。

図４乃至図６は本発明の第２実施形態を示すもので、図４は自動販売機の概略構成図、図５は図４に示した自動販売機の制御系構成を示すブロック図、図６は図４に示した安全装置の動作を示すフローチャート、図７は図４に示した自動販売機の制御系構成を示すブロック図の他の実施例を示す図、図８は図４に示した安全装置の動作を示すフローチャートの他の実施例を示す図である。

第２実施形態と第１実施形態との相違点は、絶縁破壊検出装置２０に代えて絶縁破壊検出装置を含む安全装置２０Ａを用いるようにしたことである。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。

すなわち、図４に示すように、安全装置２０Ａには、新たに交流入力対応のフォトカプラ２７及び故障検出部２８が設けられている。

フォトカプラ２７は、逆並列接続された２つの発光ダイオード２７１，２７２及びフォトトランジスタ２７３から構成されている。発光ダイオード２７１，２７２の何れか一方に電流が流れると、発光ダイオード２７１，２７２によってフォトトランジスタ２７３に光が照射されて、フォトトランジスタ２７３のコレクタベース間に電流が流れ、コレクタの電位がハイレベルからローレベルになるようになっている。ここで、切替スイッチ１２によって商用交流電源１１と負荷機器１４との間が切断（図において上側の接点に接続）されると、切替スイッチ１２を介して商用交流電源１１と発光ダイオード２７１，２７２との間が接続するようになっている。

故障検出部２８は切替スイッチ１２の故障を検出するためのものであり、フォトカプラ２７から入力される信号の電位がローレベルであるかハイレベルであるかに基づいて、切替スイッチ１２の故障検出の信号を出力している。

図５に示すように、制御装置１６には、負荷機器スイッチ１３及び制御部２６が接続されており、制御装置１６は自己のメモリ内に格納されたプログラム及び制御部２６から入力される信号に基づいて、負荷機器スイッチ１３及び制御部２６に制御信号を出力している。

制御部２６には、制御装置１６に加え、切替スイッチ１２、検出スイッチ２３、比較器２５、及び故障検出部２８が接続されており、制御部２６は、自己のメモリ内に格納されたプログラム及び制御装置１６から入力される制御信号に基づいて、切替スイッチ１２及び検出スイッチ２３に制御信号を出力し、比較器２５及び故障検出部２８から入力される信号に基づいて、制御装置１６に検出結果の信号を出力している。

図６に示すように、制御部２６は、制御装置１６から検出要求の制御信号が入力されたか否かを判定し（Ｓ１１）、検出要求の制御信号が入力されるまでＳ１１の処理を繰り返す。

検出要求の制御信号が入力されると、制御部２６は、切替スイッチ１２によって商用交流電源１１と負荷機器１４との間を切断し（Ｓ１２）、故障検出部２８から切替スイッチ１２の故障検出の信号が入力されたか否かを判定する（Ｓ１３）。

切替スイッチ１２が故障している場合、商用交流電源１１と負荷機器１４との間を切断したときに、商用交流電源１１と発光ダイオード２７１，２７２との間が接続されず、商用交流電源１１から切替スイッチ１２を介して発光ダイオード２７１，２７２に電流が流れない。この結果、フォトトランジスタ２７３のコレクタの電位はハイレベルのままであり、故障検出部２８は故障検出有りの信号を出力する。制御部２６は、故障検出部２８から入力される信号が故障検出有りのとき、制御装置１６に異常信号（故障検出有りの信号）を出力し（Ｓ１６）、処理を終了する。このとき、制御部２６から異常信号（故障検出有りの信号）が入力された制御装置１６は、正常信号が入力されるまで負荷機器スイッチ１３がオンにならないように制御する。これにより、切替スイッチ１２によって商用交流電源１１と負荷機器１４との間を切断できないとき、負荷機器スイッチ１３によって商用交流電源１１から負荷機器１４に電圧が印加されない。

切替スイッチ１２が故障していない場合、商用交流電源１１と負荷機器１４との間を切断したときに、商用交流電源１１と発光ダイオード２７１，２７２との間が接続され、商用交流電源１１から切替スイッチ１２を介して発光ダイオード２７１，２７２に電流が流れる。この結果、フォトダイオード２７３のコレクタの電位がハイレベルからローレベルになり、故障検出部２８は故障検出無しの信号を出力する。制御部２６は、故障検出部２８から入力される信号が故障検出無しのとき、第１実施形態のＳ２〜Ｓ５の処理と同様に、Ｓ１４〜Ｓ１７の処理を行い、処理を終了する。このとき、制御部２６から異常信号（絶縁破壊発生の信号）が入力された制御装置１６は、正常信号が入力されるまで負荷機器スイッチ１３がオンにならないように制御する。これにより、負荷機器１４と導体１５との間に漏洩電流が流れうる状態のとき、負荷機器スイッチ１３によって商用交流電源１１から負荷機器１４に電圧が印加されない。

本実施形態では、安全装置２０Ａにフォトカプラ２７及び故障検出部２８を設けて、切替スイッチ１２が故障している場合に、制御部２６が異常信号を出力するようにしているが、これに限定されず、フォトカプラ２７及び故障検出部２８を設けなくともよい。また、制御装置１６が負荷機器スイッチ１３を制御しているが、これに限定されず、図７に示すように、制御部２６に負荷機器スイッチ１３を接続して、図８に示すように、制御部２６が異常信号を制御装置１６に出力するとともに（Ｓ１６）、負荷機器スイッチ１３をオフにするようにしてもよい（Ｓ１８）。

このように、本実施形態によれば、異常信号（絶縁破壊の発生信号）が入力されたときに商用交流電源１１から負荷機器１４への電力の供給を停止するので、負荷機器１４と導体１５との間に漏洩電流が流れうる状態のとき、商用交流電源１１から負荷機器１４に電圧が印加されないことから、導体１５が接地されておらず実際に漏洩電流が流れていないときでも、負荷機器１４と導体１５との間の絶縁破壊の発生を検出することができるとともに、導体１５から他の導体へ漏洩電流が流れる危険を防止することができる。

また、切替スイッチ１２の故障を検出したときに商用交流電源１１から負荷機器１４への電力の供給を停止するので、切替スイッチ１２によって商用交流電源１１と負荷機器１４との間を切断できないとき、負荷機器スイッチ１３によって商用交流電源１１から負荷機器１４に電圧が印加されないことから、絶縁破壊の発生を検出する際に導体１５から他の導体へ漏洩電流が流れる危険を防止することができる。

なお、本発明の構成は、前記各実施形態の構成を組み合わせたり或いは一部の構成部分を入れ替えたりしてもよい。

また、本発明の構成は、前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。

自動販売機の概略構成図 図１に示した自動販売機の制御系構成を示すブロック図 図１に示した絶縁破壊検出装置の動作を示すフローチャート 自動販売機の概略構成図 図４に示した自動販売機の制御系構成を示すブロック図 図４に示した安全装置の動作を示すフローチャート 図４に示した自動販売機の制御系構成を示すブロック図の他の実施例を示す図 図４に示した安全装置の動作を示すフローチャートの他の実施例を示す図

符号の説明

１１…商用交流電源、１２…切替スイッチ、１４…負荷機器、１５…導体、２０…絶縁破壊検出装置、２０Ａ…安全装置、２３…検出スイッチ、２５…比較器、２６…制御部、２８…故障検出部。

Claims (3)

1. 互いに絶縁された負荷機器と所定の導体との間における絶縁破壊の発生を検出する絶縁破壊検出装置であって、
   負荷機器と前記所定の導体との間に所定の低電圧を印加する検出スイッチと、
   検出スイッチにより所定の低電圧を印加した後、負荷機器と前記所定の導体との間の抵抗値が所定値よりも小さいときに、絶縁破壊発生の信号を出力する信号出力手段とを備えた
   ことを特徴とする絶縁破壊検出装置。
2. 請求項１に記載の絶縁破壊検出装置と、
   前記負荷機器に電力を供給する電源と負荷機器との間の接続又は切断を切り替える切替スイッチと、
   前記切替スイッチを制御する切替スイッチ制御手段と、
   切替スイッチ制御手段により切替スイッチを切断に切り替えた後に、検出スイッチをオンにする検出スイッチ制御手段と、
   前記信号出力手段により絶縁破壊発生の信号が出力されたときに、電源から負荷機器への電力の供給を停止する供給停止手段とを備えた
   ことを特徴とする安全装置。
3. 前記切替スイッチ制御手段により切替スイッチを切断に切り替えた後、検出スイッチ制御手段により検出スイッチをオンにする前に、切替スイッチの故障を検出する故障検出手段を備え、
   前記供給停止手段は、故障検出手段により切替スイッチの故障を検出したときに、電源から負荷機器への電力の供給を停止する手段を有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の安全装置。

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