JP2930895B2 - 電気配線の障害検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気的に絶縁した
電線を束ねて使う電気配線の障害を早期に検知する装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】絶縁電線は直流電源と負荷との間に複数
本束ねて使用されることが多い。電源として直流電池を
使用し、特にワイヤハーネスと呼ばれる多数本の電線を
張り巡らして構成するから最近の乗用自動車は、従って
電線の固まりと化している。一般の電気配線では、電源
と負荷との接続回路中にヒューズを挿入している。ヒュ
ーズは回路中の異常状態が発生したとき流れる過大電流
により溶断して、回路を断線状態とするから、異常状態
に起因する障害から配線・負荷を保護するために使用さ
れている。

【０００３】ヒューズは電源と負荷の接続回路中に１対
１で使用されることが望ましいが、配線の都合、或いは
同一種類の機器を負荷としているため複数の負荷・接続
回路をまとめて１つのヒューズで括ってから電源と接続
することも、多く実施されている。また乗用自動車にお
けるワイヤ・ハーネスは自動車走行中に車体と接触・離
隔するため、絶縁被覆が徐々に破損することが起こりや
すい。そのためハーネスの各所を車体に縛り付けること
が多く行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ヒューズの溶断により
異常状態から負荷・配線を保護することは原理的に可能
であるが、実際には保護されない事態が発生している。
例えば自動車のワイヤハーネスは前記のように縛り付け
られていても、自動車走行中は絶えず車体と接触・離隔
を繰り返しているから、長時間経過すると絶縁被覆が破
れかかり車体との間で、不完全短絡の状態となる。その
箇所では、ヒューズを溶断させる程の大きな電流は流れ
ないため、小電流が流れ続いて、その箇所に大きな発熱
を起こすことになる。

【０００５】また１本のヒューズにヘッドライトのよう
な電気機器２個の回路を接続していて、その１個が故障
などで非通電状態になり、直ぐ続いて通電中の方も異常
となったとき、異常の機器に通常の２倍の電流が流れる
までヒューズは異常無しと同じであるから溶断すること
は無い。異常の機器にそれ以上の電流が流れたとき始め
てヒューズが溶断するのである。そのとき異常の機器は
当然高温に発熱しているから、燃料を多く積載している
自動車にとっては火災の危険性が大きい。

【０００６】その他配線に使用するコネクタなど配線器
具には、時に接触不良となることがある。長期間の使用
により機械的な変形を起こして接触抵抗が異常に増大す
ることなどである。その現象が起こると電流は減るから
ヒューズが溶断することはない。しかし接触不良の箇所
における電流の増減は配線器具の不正常な発熱を起こす
ため、配線器具と配線自体は熱の影響を大きく受けるこ
ととなる。

【０００７】本発明の目的は、前述の欠点を改善し、ヒ
ューズでは解決することが出来なかった異常状態の発生
・検知とその報知が早期に出来るような障害検知装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の目的を達
成するため、下記の構成を有する。請求項１記載の発明
は、絶縁電線を複数本束ねた電気配線の電流通路中に直
列に挿入した微小抵抗値の抵抗体と、各抵抗体の両端の
電位降下を、測定周期を変更して繰り返し測定し、全て
の抵抗体についての測定値を逐一記憶する測定記憶装置
と、前記測定記憶装置に記憶される各抵抗体についての
各測定回の測定値の比較により対応する絶縁電線の絶縁
状態を判定する判定装置とで構成する。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の電
気配線の障害検知装置において、前記抵抗体として「ヒ
ューズ」を使用することで構成する。請求項３記載の発
明は、請求項１または請求項２記載の電気配線の障害検
知装置において、前記測定記憶装置における変更される
測定周期は、マイクロ秒乃至１秒のオーダとして構成す
る。請求項４記載の発明は、請求項３記載の電気配線の
障害検知装置において、前記判定装置は、マイクロ秒乃
至１秒のオーダで測定周期を変更して繰り返し測定され
た抵抗体の電位降下値について各測定回の測定値を比較
し、継続的異常状態を検出したとき絶縁電線の絶縁状態
の異常と判定するとして構成する。請求項５記載の発明
は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電気
配線の障害検知装置において、前記判定装置は、マイク
ロ秒乃至１秒のオーダで測定周期を変更して繰り返し測
定された抵抗体の電位降下値について、その電位降下値
が通常の操作に基づくか否かを判定し、基づく場合には
その電位降下値は無効と判定するとして構成する。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明は、絶縁電線の電流通路中
に挿入した微小抵抗値の抵抗体の両端の電位降下を、測
定記憶装置により、測定周期を変更して繰り返し測定
し、全ての抵抗体についての測定値を逐一記憶する。そ
の記憶された測定値が入力する判定装置は、各測定回の
相次ぐ測定値により絶縁電線及び端末電気機器について
正常・異常を判定する。この障害検知装置により自動車
のワイヤ・ハーネスのように多数の絶縁電線を束ねて設
置していて、車体との接触のために引き起こされた絶縁
不良のような異常状態を、早期的確に判定できる。

【００１１】請求項２記載の発明は、前記のような抵抗
体を電線中に挿入せず、ヒューズが抵抗体を兼ねてい
る。そのため構成が簡易である。請求項３記載の発明
は、測定のための繰り返し周期が広範囲にわたって可変
できるため、検知することに脱落が起きないようにでき
る。請求項４記載の発明は、繰り返し周期を広範囲にわ
たって可変して取得した測定値が継続して異常状態を示
すか否かで判定するため、より正確に異常検出が行え
る。 請求項５記載の発明は、測定値が通常の操作に基づ
く場合にはその測定値は採用しないため、誤った異常判
定を少なくすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は請求項１乃至請求項５記載
の発明の第１の実施の形態を示す図である。図１におい
て、１０は直流電源例えば電池、１１，１２，１３，〜
は絶縁電線、２０は電位降下の測定記憶装置、２１，２
２，２３，〜は微小抵抗値の抵抗体で各配線系統に対応
して直列挿入されている。３０は各配線系統の絶縁電線
に絶縁状態の判定装置、３１，３２，３３，〜は各負荷
で、電池１０から各絶縁電線を介して電力の供給を受け
ている。４０は表示装置であって、判定装置３０の判定
結果を表示する。４１，４２，４３，〜は各配線系統に
対するヒューズを示す。５０は主スイッチ、５１，５
２，５３，〜は各回路のスイッチを示す。１００は絶縁
電線１３の絶縁状態た破壊した箇所を示す。

【００１３】なお、図１には１個のヒューズに対して１
個の配線及び１個の負荷が対応するように表現したが、
通常は１個のヒューズに対して複数の配線及び負荷が接
続される。図２は図１における測定記憶装置２０の内部
構成を示す図である。図２において２０１，２０２，２
０３，〜は半導体スイッチで抵抗体２１，２２，２３，
〜に対応してその両端の電圧値を測定するために使用す
る。２０７はゲートパルス発生器、２０８はＡ／Ｄ変換
器、２０９はＲＡＭなどの記憶装置である。

【００１４】図１に示すように、絶縁電線は中央部心線
の周囲に塩化ビニール等の絶縁材料を被覆し、更に必要
な場合はその周囲にゴムまたはプラスチックの保護被覆
を行っている。図１の電線の上下に示す部分が被覆材料
である。そして絶縁電線１１、ヒューズ４１、負荷３１
は共に直列に接続されて接地される。同じ絶縁電線１１
の他方端に抵抗体２１と電池１０とが直列接続されて接
地されている。従って電池１０からの電流は抵抗体２１
・絶縁電線１１・負荷３１・ヒューズ４１を通して流れ
る。

【００１５】今、図１に示すスイッチを全部閉じた後、
図２には示してないがマイクロプロセッサの制御の下、
ゲートパルス発生器２０７から所定の観測用周期（一例
として１０ｍ秒）に対応する周期のゲートパルスを半導
体スイッチ２０１，２０２，２０３，〜に順次に印加す
る。半導体スイッチ例えば２０１のベースに前記ゲート
パルスが印加され、半導体スイッチ２０１が導通した瞬
間に、抵抗体２１の両端の電圧に半導体スイッチ２０１
の導通電圧を加算した電圧がＡ／Ｄ変換器２０８に印加
され、ディジタル値に変換される。そのディジタル値は
記憶装置２０９に記憶される。次の周期におけるゲート
パルスは、次の半導体スイッチ２０２を導通させるた
め、抵抗体２２と半導体スイッチ２０２の両端の電圧が
記憶装置２０９の前記とは異なる場所に記憶される。こ
の測定・記憶を繰り返して行う。記憶したデータは後述
する判定装置３０に逐次送出される。

【００１６】図３は判定装置３０・表示装置４０の具体
的構成を示す図である。図３において３００は中央処理
装置ＣＰＵを、３０１〜３０６はデータメモリを示し、
前記記憶装置２０９からのデータについて演算を行い、
その結果を各抵抗体毎に対応して格納する。３０７は各
種センサを示し、各スイッチまたは自動制御機器に併存
して設置され、なんらかの制御が為された時その旨をＣ
ＰＵ３００に知らせる。その例は前記図１に示す３１，
３２，３３，〜の消費電力に変化が起きるようなスイッ
チのオン・オフが実行されたこと、自動制御装置により
制御が行われたこと、或いは発電機による充電状態に変
化があったこと、などについてセンサの出力があったと
き、ＣＰＵにセンス出力を通知することである。また４
０１は判定結果を表示する表示装置、４０２はスピーカ
を示す。

【００１７】中央処理装置３００はデータメモリ３０１
〜３０６のデータを読み出して、データについて判定を
行う。ＣＰＵ３００が異常発生と判断したときは、ディ
スプレイ４０１に表示し、またスピーカから大音量で報
知する。図４は中央処理装置３００の前記データ処理に
ついての動作フローチャートを示す。図４に示すフロー
チャートは或る抵抗体についてのもので、処理動作開始
後ステップ５０１では、前記測定して記憶装置２０９か
ら通知されたデータを整理して同一の抵抗体についての
前回の測定値と、今回の測定値との差値を計算する。こ
れら測定値は抵抗体による電圧降下値と、半導体スイッ
チの導通電圧の和の値であるが、後者の値が一定値で且
つ周期測定間で変化が小さいので、その存在を無視して
測定値とする。計算値についてデータメモリに格納する
前にセンサ出力信号の有無によるチェックを受ける（ス
テップ５０３）。

【００１８】センス出力５０２とは、前記各種センサ３
０７からのセンス出力の意味で、その出力があったとき
は、計算値に対し「制御の変化有り」と判断し、計算値
データを無効とする（ステップ５０４）。制御の変化が
無のときは前記計算値を有効とし（ステップ５０５）、
対応するデータメモリにその値を格納する。次に計算値
に対し「有意差の有無」を判断する。ここで有意差につ
いて説明する。例えば図１において１００と示すよう
に、絶縁電線の絶縁状態破壊という異常事態が発生する
と、前回の測定値と今回の測定値に、あってはならない
差が発生する。この差が予め決めておいた値と比較し
て、予め決めておいた値よりも大きな値となることを言
う。

【００１９】その状態は絶縁電線の対地絶縁状態が破壊
する場合と、電線相互間の絶縁被覆が破壊する場合とが
発生すると考えられ、それらの間では「有意差」の値が
異なるから、経験的な値或いは統計処理をした値をＣＰ
Ｕに覚え込ませておく。なお、図４に示すステップ５０
７における判断で有意差なしの場合、ステップ５０８で
警告なしとして、当初のステップに戻る。ステップ５０
７における判断で有意差有りの場合は、ステップ５０９
において警告表示を行う。そのとき対応負荷が何れであ
るかについて明確に表示する。即ちデータメモリ３０１
〜３０６について抵抗体・負荷と各別に対応させておい
て表示することが必要である。なおスピーカ４０２にお
いて異常状態発生を報知し、その具体的な内容はディス
プレイ４０１で表示させるようにすることが良い。

【００２０】次に請求項１乃至請求項５記載の発明の第
２の実施の形態を示す図５について説明する。図５は図
１における抵抗体に代えてヒューズを接続変更した場合
を示す図である。図５において４１はヒューズを示し、
各ヒューズの両端が図１に示す測定記憶装置２０と接続
されている。その他の符号は図１に示す符号と同一であ
る。そのため、図５に示す装置の動作は図１と同じくヒ
ューズ４１を流れる電流の大きさの変化の有無を調べる
ことに相当する。

【００２１】次に図１に示すゲートパルス発生器２０７
からの発生パルスの繰り返し周期について説明する。自
動車電線は自動車の軽量化・小型化の要求により最近大
部分が薄肉化されて来ている。そのため前述のように絶
縁被覆が接触・離隔を繰り返して車体との間で不完全短
絡となることが生じている。その状態は火花放電となる
ことが知られ、放電の進み具合には遅速がある。

【００２２】一般に、火花放電は非常に広い帯域の電磁
波であり、放電も低周波域、高周波域において振幅の大
小が複雑である。そのため、火花放電の周波数・振幅が
何のような状態であっても、絶縁被覆が破壊することの
状態を早期に的確に検知する必要がある。本発明におい
ては、ゲートパルス発生器２０７からの発生パルスの繰
り返し周期を広い範囲、例えばマイクロ秒のオーダ乃至
秒単位のオーダに変更可能とするように構成する。そし
て一旦設定して測定した繰り返し周期を、変更して次の
測定を行う。次いで繰り返し周期を変更して再び計測を
続ける。繰り返し周期は計測する配線系統の雑音レベル
によって予め決めておく。

【００２３】なお更に高精度に異常検出をする意図を有
する場合は、車両のエンジンを停止し、低ノイズ下で順
次対象の配線系の測定を行うべきことは言うまでもな
い。

【００２４】

【発明の効果】このようにして、請求項１記載の発明に
よると、絶縁電線の被覆破壊のような障害の発生は、火
花放電の状態として現れるが、その火花放電の状態を早
期的確に検知できるため、従来のヒューズのみを使用す
る装置では検知できなかった障害の発生を早期に検知で
き、異常状態を早期に防止することができる。請求項２
記載の発明によると、絶縁電線に本来挿入されているヒ
ューズを障害発生検知用抵抗体の代わりに使用するか
ら、装置の構成が簡易になる。請求項３記載の発明によ
ると、障害発生検知用の繰り返し周期を極めて広帯域に
わたって可変としているから、障害発生の状態がどのよ
うなケースであっても脱落が起きないように検知するこ
とができる。請求項４記載の発明によると、測定値が継
続して異常状態を示すか否かで判定するため、より正確
に異常検出が行える。請求項５記載の発明によると、誤
った異常判定を少なくすることができる。

【００２５】請求項２・４記載の発明によると、絶縁電
線に本来挿入されているヒューズを障害発生検知用抵抗
体の代わりに使用するから、装置の構成が簡易になる。
請求項３・４記載の発明によると、障害発生検知用の測
定装置の繰り返し周期を極めて広帯域としているから障
害発生の状態がどのようなケースであっても検知するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１乃至請求項５記載の発明の第１の実施
の形態を示す図である。

【図２】図１における測定記憶装置２０の内部構成を示
す図である。

【図３】図１における判定装置３０・表示装置４０の具
体的構成を示す図である。

【図４】中央処理装置３００のデータ処理についてのフ
ローチャートを示す。

【図５】請求項１乃至請求項５記載の発明の第２の実施
の形態を示す図である。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁電線を複数本束ねた電気配線の電流
   通路中に直列に挿入した微小抵抗値の抵抗体と、各 抵抗体の両端の電位降下を、測定周期を変更して繰り
   返し測定し、全ての抵抗体についての測定値を逐一記憶
   する測定記憶装置と、 前記測定記憶装置に記憶される各抵抗体についての各測
   定回の測定値の比較により対応する絶縁電線の絶縁状態
   を判定する判定装置とで構成することを特徴とする電気
   配線の障害検知装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電気配線の障害検知装置
   において、 前記 抵抗体として「ヒューズ」を使用することを特徴と
   する電気配線の障害検知装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の電気配線
   の障害検知装置において、 前記 測定記憶装置における変更される測定周期は、マイ
   クロ秒乃至１秒のオーダであることを特徴とする電気配
   線の障害検知装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の電気配線の障害検知装置
   において、 前記 判定装置は、マイクロ秒乃至１秒のオーダで測定周
   期を変更して繰り返し測定された抵抗体の電位降下値に
   ついて各測定回の測定値を比較し、継続的異常状態を検
   出したとき絶縁電線の絶縁状態の異常と判定することを
   特徴とする電気配線の障害検知装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に
   記載の電気配線の障害検知装置において、 前記判定装置は、マイクロ秒乃至１秒のオーダで測定周
   期を変更して繰り返し測定された抵抗体の電位降下値に
   ついて、その電位降下値が通常の操作に基づくか否かを
   判定し、基づく場合にはその電位降下値は無効と判定す
   ることを特徴とする電気配線の障害検知装置。