JP2015050903A - 電磁波ノイズ検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の構成が複雑になることなしに正しく異常電磁波を検出することができ、原因となる電気機器を確実に電源遮断することができる電磁波ノイズ検出を提供する。
【解決手段】負荷が接続される出力端子２５を介して前記負荷１に電力を供給する電源装置の電路８の電磁波を検出し、検出された電磁波が設定値を超えたときに、前記電路８を遮断する。
【選択図】図１

Description

この発明は面状ヒーター等の不具合から発生する電磁波ノイズを検出し、異常時には通電を自動的に停止し、火災の発生を防止するに資する電磁波ノイズ検出装置に関するものである。

図３に示すように、面状ヒーター１は発熱部位が平面に配置されている可撓性のフィルム状の発熱部２を有し、平面状の均一な加熱状態を得られるところから、加熱装置の壁面や床暖房の床面の発熱部材として多く使用されている。

面状ヒーター１は、発熱部２と電極部３、４と口出し線５、６とを有し、発熱部２は耐熱性フィルムや面布からなる基材の表面にカーボン粉末、ステンレス粉末等の導電性の粉末材料７が浸漬、塗布、印刷等によって一面に固着されていて、発熱部２の全体が可撓性のフィルム状をなしている。

発熱部２の両側には電極部３、４がミシン留めや接着によって固着していて粉末材料７に電気的に接触している。電極部３、４の端部には口出し線５、６がかしめ等によって電気的に接続している。この口出し線５、６は電源装置の出力端子２５（図１）に接続している。出力端子２５から口出し線５、６を通して電極部３、４に電力が供給されると電極部３、４間で粉末材料７に電流が流れ、発熱部２が面状に発熱する。

しかるにこのような面状ヒーター１においては生活振動、工事ミス、寿命劣化の著しいものなどの経時劣化の可能性が従来から指摘されており、例えば、発熱部２が繰返しの撓みを受けて裂け目９が生じたり、発熱部２と、電極部３、４との間が緩んだり、或いは電極部３、４と口出し線５、６との接続部の接触が緩んだりする可能性が指摘されている。このような場合には、面状ヒーター１に部分放電によるアーク放電とそれによる電磁波の異常が生じ、発火現象が起り、最悪の場合は家屋の火災が生ずる。
本来であれば面状ヒーターの品質を向上すべき努力にて改善されるべきであるが、厚さ０．６ｍｍ〜１ｍｍ程度の面状ヒーターに口出し線５、６を取り付ける事は、技術的無理があり、この様な状態におちいる事がある。

このような面状ヒーター１の部分放電による異常に対する対策は現在まで確立されていない。部分放電による電磁波の異常検出のためには電磁波の検出とともに、環境から来る外来電磁波の識別が重要である。

特許文献１に示されている技術は、電気設備・機器の内部での部分放電発生を検出する部分放電検出装置において、電気設備・機器が収容される盤内及び盤外での電磁波を検出する一対のアンテナ受信機と前記盤内で検出される電磁波の強度が前記盤外で検出される電磁波の強度よりも大きい電磁波のみを部分放電による電磁波として検出することとしているが、この技術は盤がある場合にのみ適用が可能な技術であって、かつアンテナの数も多く必要になる。またノイズの検出が電源線上で行うのではないので、異常時のＯＦＦの決定とそのためのデータとの関係が間接的であるので、誤動作を起こし易い恐れもある。

また特許文献２に記載された技術は、電気機器の絶縁異常検出装置において、外来のイズの発生の少ない３００〜１０００ＭＨｚの診断周波数帯を設定して、その診断周波数帯において電気機器からの本来の電磁波を検出するもので、アンテナの数が多くなり、装置の構成が複雑になる。また民生用機器として安全なものが必要であるが、受信システムが高価となり、現実性にそぐわない。

またノイズの検出が電源線上で行うのではないので、異常時の電源ＯＦＦの決定とそのためのデータとの関係が間接的であるので、誤動作を起こす原因となる恐れもある。

特開２０１１−８５３９３号公報 特開平１０−１４２２８６号公報

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであって、装置の構成が複雑になることなしに正しく異常電磁波を検出することができ、原因となる電気機器を確実に電源遮断することができる電磁波ノイズ検出を提供することを目的とするものである。

この目的に対応して、この発明の電磁波ノイズ検出装置は、負荷が接続される出力端子を介して前記負荷に電力を供給する電源装置の電路の電磁波を検出し、検出された電磁波が設定値を超えたときに、前記電路を遮断することを特徴としている。

請求項１に記載された発明によれば、電気機器に電力を供給する電源装置の電路に電磁波検出装置を取り付けて電磁波を検出するので、電気機器における電磁波ノイズの検出を直接に行うことができ、正確な電磁波ノイズの検出が可能である。

請求項２に記載された発明によれば、火花放電から発生する電磁波ノイズを検出の対象とするので、対象電気機器の部分放電の検出を確実に行うことができる。

請求項３に記載された発明によれば、床暖房用面状ヒーターを対象電気機器としているので、床暖房用面状ヒーターの経時劣化も確実に検出することができる。

電磁波ノイズ遮断装置の構成を示すブロック図 図１に示すブロック図の詳細ブロック図 面状ヒーターを示す平面説明図 床暖房装置の斜視説明図 図４における５Ｖ−Ｖ部断面説明図

以下この発明の詳細を一実施の形態について図面を参照して説明する。

図４において１０は電気機器の一例としての床暖房装置である。
床暖房装置１０は床暖房用床体１１を備えている。
床暖房用床体１１は例えば、縦１００ｃｍ、横１００ｃｍ、厚さ１０ｍｍの板状であって、図５に示すように、上から順に床材１３、保護材１４、面状ヒーター１、断熱材１５及び下地材１６を積層して備えている。

床材１３はむくの木材や化粧合板など通常のフローリング表層材で構成することができる。
保護材１４は面状ヒーター１を除光液などの有機溶剤や損傷から保護するためのアルミニウム又はアルミナ製のシートおよびフィルム材である。
面状ヒーター１は平面状に発熱が可能な薄肉の、望ましくは可撓性をもつように構成する。図３に示すように、面状ヒーター１はフィルム状の発熱部２とその両端部の電極部３、４を有していて、両電極部３、４を導通することによって発熱部２が発熱する。
断熱材１５は面状ヒーター１から下地材１６への熱伝達を遮断して下地材１６を保護し、かつ熱漏洩を低減させて省エネを実現するものである。下地材１６は床暖房用床体１１の他の部材を保持して床暖房用床体１１を保形するためのもので木製合板などで構成する。

この面状ヒーター１が経時劣化等によって、発熱部２が繰返して撓み変形を受けて裂け目が生じたり発熱部２と電極部３、４との間が緩んだり、或いは電極部３、４と口出し線５、６との接触が緩んで、アーク放電が生じ発火現象が起こり得ることがあるのは前述の通りである。
この電磁波の異常を検出するために面状ヒーター１に適用されたのが、本発明の電磁波ノイズ検出装置２１である。

本発明の電磁波ノイズ検出装置２１は図１及び図２に示すように、
電路８、遮断リレー接点２３、遮断リレー回路２４、電磁波ノイズセンサー２６、電源回路２７、ノイズ共振回路２８、検波回路３２、増幅回路３３、電圧比較回路３４、ノイズカットレベルの設定器３５、電圧比較マイコン回路３６、リレー駆動回路３７、リセットスイッチ３８、動作表示回路４７、取り込み時間調整スイッチ４８、パルス数計測調整器５１を備えている。

この電磁波ノイズ検出装置２１による電磁ノイズの検出及び電源遮断のための動作は次の通りである。

（１）電源入力端子２２は、ＡＣ１００Ｖ〜２４０Ｖまでフリーに接続されコネクターや端子台で接続する。

（２）遮断リレー接点２３は、電源入力端子２２と出力端子２５を接続したり切り離したりする役目で主にリレーの接点を接続して使用する。この接点は、電圧比較マイコン回路３６で演算処理された結果に応じて遮断リレー回路２４をＯＮ-ＯＦＦする。図では遮断リレー接点２３が片切りになっているがこれは便宜上であり、通常は両切り接点を用いる。

（３）出力端子２５は、負荷が接続される。電気式床暖房の場合は面状ヒーター１が接続される。電磁ノイズセンサー２６が作動すると出力端子２５の電源は停止する。

（４）電源回路２７では、ＡＣ１００〜２４０Ｖの電圧からマイコンやリレーを駆動させる為の直流を作る。主に１２Ｖはリレー駆動用として用い5Ｖは制御系からマイコン電源として用いる。リレーの容量によっては、12Ｖではなく24〜48Ｖのリレーを使うこともある。この場合は、直流電源も同様な電圧を作る。

（５）電磁ノイズセンサー２６は、電源入力端子２２と出力端子２５との間に非接触又は有接触式で取り付けられ電路８から電磁誘導するナノレベルの信号領域をキャッチする。この発明の電磁波ノイズ検出装置２１は、電気式床暖房の面状ヒーター１の電極部３と発熱部２及び電極部４と口出し線５、６の取付部の緩み等により生ずるアーク放電により発生する電磁ノイズパルスをキャッチして火傷や火災の原因となる前に未然に電源を止めて防止する安全装置である。この検知システムは、床暖房以外にも横断的な活用が期待される。例えば、モーターブラシの劣化検出等にも応用可能である。

（６）ノイズ共振回路２８は、電磁ノイズセンサー２６で捕まえた微弱なナノレベル（１０ＧＨｚ帯域）の信号を一定の帯域を以って共振させ特定信号として本回路に取り込み高周波増幅して信号を大きくする。

（７）検波回路３２では、増幅された信号の正極性のみを通過させ負極性部分をアースに落とし、主信号に重畳する不要なノイズをフィルター回路に掛けて綺麗な信号にする。ここでは、直流信号である為、Ｃ１２のコンデンサーを通過させることにより変化量（交流信号）のみを次段に伝える。

（８）前段で少し大きくされた主信号を増幅回路３３により更に大きくすることにより電圧比較回路３４の信号として本回路で処理できる電圧レベル（この実施例では１．２５〜１．７５Ｖで）まで増幅する。

（９）ノイズカットレベルの設定器３５は、フィールドノイズ等の一般空間ノイズをシャツトアウトするハードルのバ―であり主信号以外の信号で誤動作することを防止する意味がある。つまり、フィールドノイズのレベルを予め測定しておきその電圧レベル以上の主信号が来たら出力するようにお互いの電圧を比較して、ハードルのバーを設定する。

（１０）フィールドノイズのレベルを予め測定しておきその電圧レベル以上の主信号が来たら出力するようにお互いの電圧を比較して、ハードルのバ―を超えた主信号時に電圧比較回路３４に信号が送られる様に設定する。つまり、フィールドノイズのカットレベルを１．２５Ｖに設定すると主信号がこの電圧を超えて電圧比較回路３４に加わった時のみ電圧比較マイコン回路３６に伝えられる。

（１１）本発明において電磁ノイズパルスと、フィールドノイズパルスの区別をカットレベルで行なうがこの操作は完璧ではない。よって、目的の電磁ノイズパルスとフィールドノイズとでは単位時間当りのパルスの量とパルス幅によって完全に分離することができる。電磁破ノイズパルスが電圧比較マイコン回路３６より伝えられると、予めプログラムされた命令条件によって、取り込み時間調整スイッチ４８により指定された取り込み時間にパルス数計測調整器５１により指定されたパルス数が何個来るかをカウントして、命令語により指示された条件を満たすとリレー駆動回路３７に接続されたポートに信号を出す。

（１２）リセットスイッチ３８は、電圧比較マイコン回路３６にプログラムされた指示通り作動して終了し停止している状態の時に、そのプログラムの先頭に移動するスイッチである。リセットを掛ければ、プログラムは再度作動する。

（１３）動作表示回路４７は、電圧比較マイコン回路３６にプログラムされた指示が何処まで進んでいるかを目視できないので、電圧比較マイコン回路３６のポートより出力させ命令言語が何処まで進んでいるかをＬＥＤの表示を以って確認することができる。

（１４）取り込み時間調整スイッチ４８で、一般的には１，０の信号入力の為、ディップスイッチで１と０の組み合わせで設定する。本実施例の場合は４通りの設定が可能である。本器の場合、電磁ノイズパルスの取り込み時間を設定する。具体的には、５秒間、１０秒間、３０秒間、１分間と４通りに設定可能であるが不都合が生じればプログラムで任意の時間に設定可能である。

（１５）（１４）で、指定された時間内に予め設定されたパルスを電圧比較マイコン回路３６が取り込むと（１６）のリレー駆動回路３７のポートに出力される。本装置で設定されるパルス数は、１０個、１００個，５００個、１０００個、５０００個、１００００個の６通りにプログラムされているが不都合が生じれば変更は可能である。したがって、予め設定された一定時間に何個の電磁ノイズパルスがノイズカットレベルを超えてカウントされその条件が満足した時にリレー駆動回路に出力される。

（１６）電圧比較マイコン回路３６より出力された信号は、リレー駆動回路３７に加えられリレーに電流を流す為にドライブ用のトランジスターＴｒ-６をＯＮさせる。

（１７）これにより、遮断リレー回路２４に電流が流れ続けリレーのマグネットが作動することにより閉じていた接点が解放となり出力端子２５へ電圧が停止する。

以上の説明から明らかな通り、この発明によれば、装置の構成が複雑となることなしに正しく異常電磁波を検出することができ、確実に電源遮断を行うことができる電磁波ノイズ検出技術を得ることができる。

１ 面状ヒーター
２ 発熱部
３ 電極部
４ 電極部
５ 口出し線
６ 口出し線
７ 粉末材料
８ 電路
９ 裂け目
１０ 床暖房装置
１１ 床暖房床体
１３ 床材
１４ 保護材
１５ 断熱材
１６ 下地材
２１ 電磁波ノイズ検出装置
２３ 遮断リレー接点
２４ 遮断リレー回路
２５ 出力端子
２６ 電磁波ノイズセンサー
２７ 電源回路
２８ ノイズ共振回路
３２ 検出回路
３３ 増幅回路
３４ 電圧比較回路
３５ ノイズカットレベルの設定器
３６ 電圧比較マイコン回路
３７ 駆動回路
３８ リセットスイッチ
４１ 電源電線４１
４７ 動作表示回路
４８ 取り込み時間調整スイッチ
５１ パルス数計測調整器

Claims (3)

1. 負荷が接続される出力端子を介して前記負荷に電力を供給する電源装置の電路の電磁波を検出し、検出された電磁波が設定値を超えたときに、前記電路を遮断することを特徴とする電磁波ノイズ検出装置。
2. 前記電磁波ノイズは火花放電から発生する電磁波ノイズであることを特徴とする請求項１記載の電磁波ノイズ検出装置。
3. 前記電気機器は床暖房用面状ヒーターであることを特徴とする請求項１または２記載の電磁波ノイズ検出装置。