JP2599371B2

JP2599371B2 - フエールセーフ装置

Info

Publication number: JP2599371B2
Application number: JP61164026A
Authority: JP
Inventors: 隆柏本; 裕文青柳; 邦男荻田; 一郎奈須
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-07-11
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 1997-04-09
Anticipated expiration: 2012-04-09
Also published as: JPS6319018A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、電気カーペット等の電気暖房器具のフェー
ルセーフ装置に関するものである。

従来の技術従来のこの種の電気暖房器具の温度制御に関するフェ
ールセーフ装置の第１の例を第３図から第８図で、第２
の例を第９図から第12図を用いて説明する。

第１の例は、比較的消費電力の大きい電気カーペット
の例である。第３図は、電気カーペットの全体外観図で
あり、電気カーペット本体の中にヒータ11と、センサ13
を別々の線で配している。第４図はヒータ11の構成図で
ヒータ11と電極31の間に樹脂32が介装されている。この
樹脂32は温度制御用には使用していない。第５図はセン
サ13の構成図で、一対の温度検出用電極12,12′の間に
温度によってインピーダンスの変化するセンサ13が介装
され電気カーペット全体の温度監視を行なっている。セ
ンサ13の特性は第６図のように温度が低い時はインピー
ダンスが高く、温度が高い時はインピーダンスが低くな
る負の特性を示す。第７図はセンサ13の等価回路図であ
り、抵抗成分と容量成分が均一に分布した状態で電極1
2,12′の間に並列に接続していると考えてよい。第８図
は、全体の制御回路図で、センサ13のインピーダンスの
変化を抵抗33で分割し、ダイオード35,コンデンサ36で
平滑している。

温度制御の方法は、平滑されたセンサ13の電圧と、抵
抗43,44の分割設定電圧を制御手段17である比較器で比
較し、付勢手段18を付勢し、双方向電力制御手段19であ
るリレーをオンし、ヒータ11の通電を制御する。

次にフェールセーフの動作を項目別に分けて説明す
る。

（ｉ）制御手段17の故障、または付勢手段18の短絡故
障設定電圧以上になり、制御手段17等が故障し、通電状
態が続くと高温になるので別個の比較器45が働いてサイ
リスタ10をオンし、交流100V半波が、ダイオード３、発
熱抵抗４、サイリスタ10と導通し、保安回路（以下温度
ヒューズと呼ぶ）が発熱により溶断し交流電源１を遮断
する。

（ii）比較45も故障し、異常温度によりヒータ11と電
極31の間の樹脂32が溶解し接触した場合接触部位によって以下に述べる動作を行なう。ヒータ
11の部分ａで接触した場合は、ダイオード５、発熱抵抗
６、電極31、樹脂32、ヒータ11の部分ａと流れ、発熱抵
抗６により温度ヒューズ２を溶断し、交流電源１を遮断
する。ヒータ11の部分ｂの部分で接触した場合は、ダイ
オード３、発熱抵抗４、電極31、樹脂32、ヒータ11の部
分ｂと流れ同様に遮断する。また、ヒータ11の部分a,ヒ
ータ11の部分ｂの中間で接触した場合には、発熱抵抗4,
6にそれぞれ電流が流れるので同様に遮断する。（例え
ば特公昭61−642号報）次に従来の第２の例として、比較的消費電力の小さい
電気毛布等に採用されているヒータセンサ一体型の例を
説明する。第９図は、電気毛布の全体外観図であり、第
１の例と異なるのは、ヒータ11とセンサ13が別々に配さ
れているのではなく、電気毛布内にヒータセンサ一体型
１本で配されている点である。第10図は、ヒータ11、セ
ンサ13の構造で、ヒータ11と電極12の間に温度によって
インピーダンスが変化するセンサ13が介装し、ヒータセ
ンサ一体構造となっており、その特性は、第６図と同様
の傾向を示す。

第11図は、全体の制御回路図である。温度制御の方法
は、電力制御手段18であるサイリスタの負の半サイクル
（ヒータの非通電領域）を温度検出サイクルとしてい
る。すなわち、温度検出部14中のベース接地のトランジ
スタ15が負の半サイクルはオンする。温度検出部の等価
回路図を示すと第12図のようになる。ヒータ11と温度検
出電極12の間に介装されたセンサ13に流れる電流は、ト
ランジスタ15のエミッタ電流I_Eであり、第12図のような
回路構成であればトランジスタ15のコレクタ電流I_Cとし
て変換でき、温度信号抵抗46,コンデンサ47によりV_Tな
る電圧になる。この電圧V_Tにより制御手段17は、ゼロボ
ルト信号回路48の信号に基づき、交流ゼロボルト点でサ
イリスタ18のオンオフを制御し、ヒータ11への通電を制
御する。また、負の半サイクルを温度検出域としている
のは、ヒータ11と温度検出電極12の間のセンサ13の電界
分布が一様であり、第７図に示したセンサ13の等価回路
図からも理解できるようにインピーダンスが並列に分布
しているので、センサ13のある部分が高温になった場
合、その部分のインピーダンスが低下し、温度検出信号
は、そのインピーダンスの低い部分が全体の温度検出信
号の代表値となる。すなわち、温度検出感度は、ヒータ
全体にわたって等しい。温度検出をヒータ11の非通電時
（サイリスタ18の非導通域）に行なうのはこのためであ
る。

次にフェールセーフの動作を説明する。

（ｉ）制御手段17の故障制御手段17が正常時は、コンデンサ49に電荷が充電さ
れ、その充電電荷で、電力制御手段18のサイルスタを付
勢制御する。一方、制御手段17が故障するとコンデンサ
49に電荷が充電されないので、サイリスタ18は付勢でき
ない構成をとっている。

（ii）電力制御手段18のサイリスタの逆方向短絡故障この場合、温度検出感度が低下するので、サイリスタ
18の逆方向短絡時は、サイリスタ18、ダイオード50、発
熱抵抗52と電流が流れ、温度ヒューズ２を溶断し、交流
電源１を遮断する。

（iii）異常温度によりヒータ11と温度検出電極12の
間のセンサ13が溶融した場合ヒータ11のどの部分で接触しても交流の負の半サイク
ルは、ヒータ11と温度検出電極12の間の電界は一様であ
るから、電流は、ダイオード53,54、発熱抵抗55、温度
検出電極12、センサ13、ヒータ11と流れ、温度ヒューズ
２を溶断し、交流電源１を遮断する。

その他、電力制御手段18のサイリスタの順方向故障
は、制御手段17が、抵抗56を介して検知し、サイリスタ
10を付勢し、発熱抵抗52により、同様に交流電源１を遮
断する。（例えば特開昭59−127121）発明が解決しようとする問題点しかしながら上記のような構成では、以下に示す問題
点を有していた。

（ｉ）第１の例では、ヒータ11と、センサ13が分離さ
れており、温度制御およびフェールセーフの制御回路は
簡単であるが、常にヒータ11とセンサ13をペアで配線す
るので全体の構成の簡略化、工程の面で限界があった。

（ii）第２の例は、第１の例の欠点は、克服されるが
電気消費量の少ない電気暖房器具に限定される。また数
百ワットの電力をサイリスタでオンオフ制御するとその
放熱フィンの増大やフリッカ雑音の問題が生じてくる。

（iii）第２の例では、サイリスタの非導通領域を温
度検出領域に使用していたが、第１の例のように電力制
御手段にリレーを用いた場合には、第12図のようにヒー
タと電極間の電界分布が一様でなく勾配をもつようにな
りセンサのある部分の温度検出能力が劣り、全体として
ヒータに非導通状態にした時の温度検出能力に比べ半分
になる。

（iv）したがって、第２の例を実現させるために、電
力制御手段にリレー等を使用した場合、温度検出を行な
うために制御手段17は、ヒータ通電中に一時的に付勢手
段の付勢を停止して、リレーの接点を開放し、ヒータの
非導通状態を随意的に作成すれば温度検出は可能であ
る。しかしながら、制御手段17が故障（例えばマイクロ
コンピュータの暴走）で、ヒータ通電中に一時的に付勢
手段の付勢を停止できない場合は、（iii）の問題点が
生じ、異常温度になり、センサが溶融してしまう危険な
状態が起こる可能性があった。

本発明は、かかる従来の問題点を解消するもので、ヒ
ータセンサ一体型の温度制御装置において、電力制御手
段にリレー等を用いた場合でも、制御手段が故障し、無
制御状態になったとしても、火災の危険を未然に防ぐ高
い安全性を有するフェールセーフ装置を提供することを
目的とする。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するために、本発明のフェールセー
フ装置は、ヒータと、温度検出電極と、これらの間に設
けられ、温度変化に応じてインピーダンスが変化するヒ
ータ一体型のセンサと、制御手段により付勢手段を介し
て付勢され、前記ヒータの通電制御を行う双方向電力制
御手段と、ヒータの通電を検知する検知手段と、前記制
御手段内にあってヒータ通電中において第１の所定時間
T1毎に一時的に前記付勢手段による付勢を停止する第１
のタイマ回路と、前記制御手段とは別に、前記検知手段
の信号に基づいてヒータ非通電時には初期状態に、また
ヒータ通電時にはその開始時より動作を開始する前記第
１の所定時間T1よりも長い第２の所定時間T2を有した第
２のタイマ回路と、この第２のタイマ回路による第２の
所定時間T2における検知電圧が基準電圧を越えた時に、
前記制御手段あるいは双方向電力制御手段の故障として
発熱抵抗を介して電源短絡電流を流すとともに、前記発
熱抵抗により加熱して前記ヒータへの通電を遮断する保
安回路を備えたものである。

作用本発明は、上記した構成によって、ヒータ通電中は、
定期的に付勢手段の付勢が停止され、第２のタイマ回路
により保安回路が動作することはないが、制御を構成し
ているあらゆる部品の故障、もしくは、双方向電力制御
手段の短絡故障の場合に第２のタイマ回路が働き保安回
路が動作する作用を有する。

実施例以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図は、全体の制御回路図である。交流電源１にヒ
ータ11と、双方向電力制御手段19のリレーの接点、保安
回路２の温度ヒューズが接続されている。ヒータ11と温
度検出電極12の間にセンサ13が一体型で介装され、電気
カーペット全体の温度監視を行なうものである。温度検
出の方法としては、従来の第２の例で述べたものと同様
に、温度検出部14中のベース接地のトランジスタ15によ
り、センサ13に流れる電流を、トランジスタ15のコレク
タ側の電圧に変換し、制御手段17に入力する。制御手段
17は、その電圧に応じて付勢手段18を付勢し、リレー19
を動作し、ヒータ11の通電を制御する。なお30は、交流
電源に同期したパルスを発生する交流ゼロボルト信号回
路で、制御手段17は、リレー19の接点のオンオフの遅延
時間を考慮して交流ゼロボルト付近でリレー19の接点が
オンオフるように付勢手段18を付勢する。

次にフェールセーフの構成を述べる。まず、異常加熱
により、ヒータ11と温度検出電極12の間のセンサ13が溶
融した場合の安全動作に関しては、従来の第１の例と同
一なので省略する。次に本発明のフェールセーフのシー
ケンスに関し、第２図のタイミング図と合わせて説明す
る。

制御手段17が付勢手段18を付勢し、リレー19の接点を
オンし、ヒータ11に通電すると同時に、制御手段17にあ
る第１のタイマ回路20が動作し、制御手段17が正常であ
ればあらかじめ決められた時間T1後に、一時的に付勢手
段18の付勢を停止して、リレー19の接点を開放する。こ
の時、従来の第２の例で述べた交流負の半サイクルで、
感度よくカーペット全体の温度検出が行なうことができ
る。また、制御手段17とは別個に設けた第２のタイマ回
路21の動作は、付勢手段18が停止、もしくは、ヒータ11
の通電中に定期的にT1になる時間で停止することによっ
て、リレー接点が開放するので、ヒータ非通電中、検知
手段のトランジスタ23の出力は交流電源に同期したパル
ス波形でコンデンサ25の電荷を充放電するので比較器28
の出力は、オフになり、トランジスタ29はオフ、したが
ってサイリスタ10は働かないようになる。これが、制御
手段17が正常の場合の動作である。ところが、ヒータ11
に通電中に制御手段が故障し、定期的な時間T1で付勢手
段18の付勢を停止しない場合には、検知手段のトランジ
スタ23はオフで、コンデンサ25に電荷が充電され、抵抗
24とコンデンサ25の充電時定数T2で電位が上昇する。こ
の時に定期的にT1になる時間で付勢手段18の付勢が停止
されない限り、電位はますます上昇し、比較器28の正側
判定電圧以上になると、トランジスタ29がオンし、サイ
リスタ10が導通し、ダイオード３、発熱抵抗４、サイリ
スタ10と、大電流が流れ、保安回路２の温度ヒューズを
溶断し、交流電源１を遮断するものである。

また、制御手段17が付勢停止の信号を出力しても、リ
レーの接点が溶着故障した場合も同様に保安回路が動作
するものである。

なお本発明の実施例においては、双方向電力制御手段
にリレーを用いたがトライアックを用いてもよく本発明
に限定されるものではない。

発明の効果以上のように本発明のフェールセーフ装置によれば次
の効果が得られる。

（１）制御手段が故障した場合、ヒータの通電状態に
応じて別個に設けたタイマ回路で制御手段の故障状態を
検出でき、かつ、異常温度でセンサが溶融する前に保安
回路を動作させるため、火災の危険が全くなく、高度の
安全性が確保できる。

（２）制御手段の故障以外にも、双方向電力制御手段
の短絡故障も検出でき、電気カーペット等が異常温度に
なることを防ぐので、高度の安全性を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるフェールセーフ装置
の回路図、第２図は、同フェールセーフ装置のタイミン
グ図、第３図は、従来の第１の例の電気カーペットの全
体外観図、第４図は同電気カーペットのヒータの構成
図、第５図は同電気カーペットの温度検出電極の構成
図、第６図は同センサの特性を示す図、第７図は同等等
価回路図、第８図は、同制御回路図、第９図は、従来の
第２の例の電気毛布の全体外観図、第10図は同電気毛布
のヒータ・センサ一体型の線材の構成図、第11図は、同
制御回路図、第12図は同温度検出の動作を示す図であ
る。１……交流電源、２……保安回路（温度ヒューズ）、11
……ヒータ、12……温度検出電極、13……センサ、14…
…温度検出部、17……制御手段、18……付勢手段、19…
…双方向電極制御手段、20……第１のタイマ回路、21…
…第２のタイマ回路、23……検知手段。

フロントページの続き (72)発明者荻田邦男門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者奈須一郎門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭52−94266（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−67971（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−25016（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−65414（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ヒータと、温度検出電極と、これらの間に
設けられ、温度変化に応じてインピーダンスが変化する
ヒータ一体型のセンサと、制御手段により付勢手段を介
して付勢され、前記ヒータの通電制御を行う双方向電力
制御手段と、ヒータの通電を検知する検知手段と、前記
制御手段内にあってヒータ通電中において第１の所定時
間T1毎に一時的に前記付勢手段による付勢を停止する第
１のタイマ回路と、前記制御手段とは別に、前記検知手
段の信号に基づいてヒータ非通電時には初期状態に、ま
たヒータ通電時にはその開始時より動作を開始する前記
第１の所定時間T1よりも長い第２の所定時間T2を有した
第２のタイマ回路と、この第２のタイマ回路による第２
の所定時間T2における検知電圧が基準電圧を越えた時
に、前記制御手段あるいは双方向電力制御手段の故障と
して発熱抵抗を介して電源短絡電流を流すとともに、前
記発熱抵抗により加熱して前記ヒータへの通電を遮断す
る保安回路を備えたフェールセーフ装置。