JP3284819B2 - 過電流保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電源から電動機や電磁
ソレノイド等に過電流が流れたときに該過電流を遮断し
て負荷を保護する過電流保護装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電源から電動機や電磁ソレノイ
ド等の電気負荷に定格電流を超える過電流が流れ続ける
と、該負荷の温度上昇が大きくなって絶縁破壊や焼損が
生ずる恐れがある。そのためこのような恐れがある場合
には、負荷に過電流が流れたときに該過電流を遮断して
負荷を保護する過電流保護装置が設けられている。

【０００３】従来のこの種の過電流保護装置としては、
過電流の大きさに対応して生ずる電磁力で接点を開いて
負荷回路を開放するようにした電磁式の遮断器や、バイ
メタル等の感温素子を用いて、過電流が流れてから該過
電流を遮断するまでの遮断動作時間を過電流の増大に伴
って短くする反限時特性をもたせたものが知られてい
る。

【０００４】感温素子としてバイメタルを用いた過電流
保護装置では、過電流によって発生する熱でバイメタル
を加熱して該バイメタルを変位させ、この変位により直
接あるいは電磁式の遮断器と組み合わせて負荷回路を開
放するようにしている。また、実公昭48-11604号に見ら
れるように、ある温度に達すると透磁率が急激に低下す
るフェライトからなっていて過電流により生じる熱を感
知するように設けられた感温素子と、該フェライトを通
して所定の磁力が与えられているときに閉成状態を維持
する接点とを備えた過電流保護装置も知られている。こ
の過電流保護装置では、過電流により生じる熱により感
温素子を構成するフェライトを通して与えられる磁力が
減少したときに接点が開き、この接点の開放により負荷
回路が電源から切り離されて過電流が遮断される。

【０００５】図９は、バイメタル等の感温素子を用いて
遮断動作時間に反限時特性をもたせた従来の過電流保護
装置の一般的な過電流遮断特性を示したものである。同
図から明らかなように、この種の過電流保護装置におい
ては、負荷電流の大きさが過電流域の下限を与える設定
値ｉ1 を超えると、負荷電流の増大に伴って遮断動作時
間Ｔが短くなっていき、負荷電流の大きさが過電流の設
定値ｉ2 を超えると遮断動作時間Ｔはほとんど零になっ
て、過電流は瞬時に遮断される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の過電流保護装置
では、温度に応じて変位する部分等、機械的に動作する
部分が多いため、過電流遮断特性のばらつきが大きいと
いう問題があった。また従来の過電流保護装置では、遮
断動作が行われる過電流の下限値や、過電流の大きさと
遮断動作時間との関係を表わす反限時特性の傾きなどの
特性値を容易に変更することができないという問題があ
った。

【０００７】更に、負荷が例えば電動機であって、該電
動機の起動時に短時間大きな突入電流が流れるような場
合に従来の過電流保護装置を用いると、負荷の起動時に
生じる突入電流によって遮断動作が生ずることがあるの
で、これを防止するために突入電流に対しては遮断動作
が行われないようにする特別な装置を付加することが必
要になって装置が高価になったり、あるいは突入電流に
よって遮断動作が行なわれないように、遮断動作時間を
全体的に長くすることが必要になって、負荷の特性に適
合した最適な過電流遮断特性を得ることができなくなっ
たりするという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、バイメタル等の感温素子
を用いることなく、かつ過電流遮断特性を必要に応じて
容易に変更することができるようにするとともに、突入
電流等の大きな過電流が短時間だけ流れる場合には該過
電流により負荷回路が不必要に開かれることがないよう
にした過電流保護装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、電源から負荷
に流れる電流が過大になったときに該電流を遮断して負
荷を過電流から保護する過電流保護装置に係わるもの
で、本発明に係わる過電流保護装置は、遮断指令信号が
与えられたときに電源から負荷を通して流れる過電流を
遮断するように設けられたスイッチ回路と、過電流の大
きさが過電流域の下限を与える第１の設定値ｉ1 から該
第１の設定値ｉ1 よりも大きい第２の設定値ｉ2 までの
範囲にあるときには、過電流が流れてから該過電流を遮
断するまでの遮断動作時間を過電流の増大に伴って短く
する反限時特性をもたせ、過電流が第２の設定値を超え
たときには遮断動作時間を一定にする定限時特性をもた
せて過電流を遮断するべく、過電流の大きさに応じてス
イッチ回路に遮断指令信号を与える遮断制御回路とを備
えている。

【００１０】上記遮断制御回路は、負荷電流を検出して
該負荷電流が前記第２の設定値以下のときには負荷電流
にほぼ比例して変化し、該負荷電流が前記第２の設定値
を超える範囲では一定値を保持する負荷電流検出信号を
出力する負荷電流検出回路と、負荷電流検出信号を第１
の設定値に相当する大きさを有する基準信号と比較し
て、該負荷電流検出信号の大きさが基準信号の大きさ未
満のときに第１の状態をとり、該負荷電流検出信号の大
きさが基準信号の大きさ以上になったときに第２の状態
をとる負荷電流判別信号Ｖinを出力する負荷電流判別回
路と、負荷電流判別信号Ｖinを入力として、該負荷電流
判別信号が第１の状態にあるときには一定値を保持し、
負荷電流判別信号が第２の状態にあるときには時間の経
過とともにほぼ直線的にレベルが低下する積分信号を出
力する積分回路と、積分信号を負荷電流検出信号と比較
して、積分信号が負荷電流検出信号よりも小さくなった
ときに遮断時期検出信号を出力する遮断時期検出回路
と、遮断時期検出信号が発生したときにスイッチ回路に
遮断指令信号を与える遮断指令信号発生回路とにより構
成できる。

【００１１】上記の構成では、過電流の大きさが過電流
域の下限を与える第１の設定値ｉ1から該第１の設定値
ｉ1 よりも大きい第２の設定値ｉ2 までの範囲にあると
きに反限時特性をもたせ、過電流が第２の設定値を超え
たときには定限時特性をもたせて過電流を遮断するよう
に遮断制御回路を構成しているが、過電流の大きさが過
電流域の下限を与える第１の設定値ｉ1 から第１の設定
値ｉ1 よりも大きい第２の設定値ｉ2 までの範囲にある
ときには、過電流が流れてから該過電流を遮断するまで
の遮断動作時間を過電流の増大に伴って第１の割合で短
くする第１の反限時特性をもたせ、過電流が第２の設定
値を超えたときには遮断動作時間を過電流の増大に伴っ
て第１の割合よりも小さい第２の割合で短くする第２の
反限時特性をもたせて過電流を遮断するべく、過電流の
大きさに応じてスイッチ回路に遮断指令信号を与えるよ
うに遮断制御回路を構成することもできる。この場合、
負荷電流検出回路は、負荷電流が第２の設定値以下のと
きに負荷電流にほぼ比例して第１の変化率で変化する負
荷電流検出信号を出力し、負荷電流が第２の設定値を超
える範囲では負荷電流にほぼ比例して第１の変化率より
も小さい第２の変化率で変化する負荷電流検出信号を出
力するように構成する。

【００１２】

【作用】本発明の過電流保護装置では、負荷電流の大き
さが過電流域の下限を与える第１の設定値ｉ1 より大き
い状態になると、積分回路から時間の経過とともにほぼ
直線的にレベルが低下する積分信号が発生し、この積分
信号が負荷電流検出信号の大きさより小さい値まで低下
したときに遮断時期検出回路から遮断時期検出信号が出
力される。これにより遮断指令信号発生装置からスイッ
チ回路に遮断指令信号を与えて該スイッチ回路を開き、
過電流を遮断する。

【００１３】過電流の大きさが第１の設定値ｉ1 から第
２の設定値ｉ2 までの範囲にあるときには、負荷電流検
出信号が負荷電流の大きさにほぼ比例して変化するの
で、遮断動作時間は過電流の増大に伴ってほぼ直線的に
短くなる反限時特性をもつ。

【００１４】過電流の大きさが第２の設定値ｉ2 を超え
る範囲で負荷電流検出信号が一定値を保持するように負
荷電流検出回路を構成した場合には、過電流が第２の設
定値ｉ2 を超える範囲で遮断動作時間が一定になる。従
ってこの場合には、負荷の突入電流等による過電流の大
きさが第２の設定値ｉ2 を超えても、第２の設定値ｉ2
を超えている時間が前記一定の遮断動作時間より短い限
り、該突入電流等によりスイッチ回路が開かれることは
ない。

【００１５】また、過電流の大きさが第２の設定値ｉ2
を超える範囲における負荷電流検出信号が、第２の設定
値ｉ2 以下における負荷電流検出信号の変化率（第１の
変化率）よりも小さい第２の変化率で負荷電流にほぼ比
例して変化するように負荷電流検出回路を構成した場合
には、過電流の大きさが第２の設定値ｉ2 を超える範囲
における遮断動作時間が、第１の設定値ｉ1 から第２の
設定値ｉ2 までの範囲における遮断動作時間の変化の割
合（第１の割合）よりも小さい第２の割合で過電流の増
大に伴って短くなる第２の反限時特性をもって変化す
る。従ってこの場合には、負荷の突入電流等による過電
流の大きさが第２の設定値ｉ2 を超えても、該過電流の
継続時間が上記第２の反限時特性で定まる遮断動作時間
よりも短い限り、該突入電流等によりスイッチ回路が開
かれることはない。

【００１６】過電流の大きさと遮断動作時間との間の関
係を与える過電流遮断特性は、遮断制御回路の回路定数
により定まるため、バイメタルを用いたもののように大
きなばらつきが生じることはない。また上記過電流遮断
特性は、制御回路の回路定数の一部を変えるだけで容易
に変更することができる。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の全体的な構成を示したブロッ
ク図で、同図において、１は電源、２は電源１により負
荷電流ｉが供給される負荷、３はスイッチ回路、４は負
荷２の起動及び停止用の操作スイッチ、５は過電流の大
きさに応じてスイッチ回路３に遮断指令信号を与える遮
断制御回路である。

【００１８】遮断制御回路５は、負荷電流ｉを検出して
負荷電流検出信号Ｖo を出力する負荷電流検出回路６
と、負荷電流検出信号Ｖo を基準電圧と比較して負荷電
流判別信号Ｖinを出力する負荷電流判別回路７と、負荷
電流判別信号Ｖinを入力として該負荷電流判別信号が第
１の状態にあるときに一定値を保持し、負荷電流判別信
号が第２の状態にあるときに時間の経過とともにほぼ直
線的にレベルが低下する積分信号を出力する積分回路８
と、積分信号Ｖout を負荷電流検出信号Ｖo と比較して
遮断時期検出信号Ｓt を出力する遮断時期検出回路９
と、遮断時期検出信号Ｓt が発生したときに遮断指令信
号Ｓb をスイッチ回路３に与える遮断指令信号発生回路
１０とにより構成されている。

【００１９】図２は、図１の各部の回路構成を具体的に
した本発明の実施例を示したものである。

【００２０】この実施例において、電源１は負極側が接
地されたバッテリ等からなる直流電源であり、また負荷
２は電源１から電源スイッチＳＷ及びスイッチ回路３を
通して負荷電流が供給されて回転する直流モータであっ
て、該直流モータは印加される電圧の極性を反転させる
ことにより回転方向が反転させられる。

【００２１】スイッチ回路３は、ダイオードＤ1 が並列
接続された第１の励磁コイル３１と該励磁コイル３１が
励磁されたときに可動接点３２ａが一方の固定接点３２
ｂから他方の固定接点３２ｃに切替接続される第１の切
替スイッチ３２とを備えた第１の電磁スイッチと、ダイ
オードＤ2 が並列接続された第２の励磁コイル３３と該
励磁コイルが励磁されたときに可動接点３４ａが一方の
固定接点３４ｂから他方の固定接点３４ｃに切替接続さ
れる第２の切替スイッチ３４とを備えた第２の電磁スイ
ッチと、アノードが電源スイッチＳＷを介して直流電源
１の正極側出力端子に接続され、カソードが第１及び第
２の励磁コイル３１及び３３のそれぞれの一端に共通に
接続されたダイオードＤ3 とにより構成されている。

【００２２】第１及び第２の切替スイッチ３２及び３４
のそれぞれの可動接点３２ａ及び３４ａは、負荷（直流
モータ）２の一方の入力端子及び他方の入力端子にそれ
ぞれ接続されている。両切替スイッチ３２及び３４のそ
れぞれの一方の固定接点３２ｂ及び３４ｂは、遮断制御
回路５に設けられた負荷電流検出用抵抗Ｒ1 を通して接
地され、他方の固定接点３２ｃ及び３４ｃは、電源スイ
ッチＳＷを介して直流電源１の正極側出力端子に共通に
接続されている。

【００２３】起動停止用操作スイッチ４は、この例で
は、第１及び第２の励磁コイル３１及び３３のそれぞれ
の他端と接地間に接続された第１の操作スイッチ４１及
び第２の操作スイッチ４２からなっている。第１の操作
スイッチ４１を閉じると、励磁コイル３１が励磁されて
切替スイッチ３２の可動接点３２ａが固定接点３２ｃ側
に切替えられるため、直流モータ２が一方の方向に回転
する。逆に第２の操作スイッチ４２を閉じると、励磁コ
イル３３が励磁されて切替スイッチ３４の可動接点３４
ａが固定接点３４ｃ側に切替えられるため、直流モータ
２は他方の方向に回転する。第１及び第２の操作スイッ
チ４１及び４２の双方が閉じられると、励磁コイル３１
及び３３は共に励磁されるので、直流モータ２への負荷
電流は遮断された状態となる。

【００２４】本実施例で用いる負荷電流検出回路６は、
負荷電流ｉが流れる負荷電流検出用抵抗Ｒ1 と、演算増
幅器６１、ダイオードＤ4 及び抵抗Ｒ2 ないしＲ5 から
なる増幅回路とからなり、負荷電流検出用抵抗Ｒ1 の両
端の電圧が演算増幅器６１の正相入力端子に入力されて
いる。演算増幅器６１の出力端子にはダイオードＤ4の
カソードが接続され、ダイオードＤ4 のアノードと演算
増幅器６１の逆相入力端子との間に抵抗Ｒ3 が、また演
算増幅器６１の逆相入力端子と接地間に抵抗Ｒ2 がそれ
ぞれ接続されている。またダイオードＤ4 のアノードと
図示しない直流電源の正極端子との間及び該ダイオード
Ｄ4 のアノードと接地間にそれぞれ抵抗Ｒ4 及びＲ5 が
接続され、抵抗Ｒ4 及びＲ5 の直列回路の両端に直流定
電圧Ｅが印加されている。

【００２５】この負荷電流検出回路６は、負荷電流ｉが
過電流域の下限を与える第１の設定値ｉ1 よりも大きい
第２の設定値ｉ2 以下であってダイオードＤ4 に順方向
電圧が加わっているときに、負荷電流ｉに比例して変化
する負荷電流検出信号Ｖo ＝ｉＲ1 （Ｒ2 ＋Ｒ3 ）／Ｒ
2 を出力する。負荷電流ｉが第２の設定値ｉ2 を越えた
ときには、ダイオードＤ4 に逆方向電圧が加わるため、
負荷電流検出信号Ｖoは一定値Ｖ1 に保持される。図３
は負荷電流ｉと負荷電流検出信号Ｖo との関係を図示し
たものである。ここで一定値Ｖ1 の大きさは、抵抗Ｒ2
ないしＲ5 からなる回路における抵抗Ｒ5 の両端間の電
圧であり、Ｖ1 ＝Ｅ・Ｒ5 （Ｒ2 ＋Ｒ3）／｛Ｒ4 （Ｒ2
＋Ｒ3 ＋Ｒ5 ）＋Ｒ5 （Ｒ2 ＋Ｒ3 ）｝で与えられ
る。負荷電流の第２の設定値ｉ2 はｉ2 ＝Ｖ1 Ｒ2 ／Ｒ
1 （Ｒ2 ＋Ｒ3 ）で与えられる。

【００２６】負荷電流判別回路７は、オープンコレクタ
出力の比較器７１と抵抗Ｒ7 及びＲ8 とからなる比較回
路と、演算増幅器７２及び抵抗Ｒ9 ，Ｒ10からなるイン
ピーダンス変換回路とにより構成されている。比較器７
１の非反転入力端子には負荷電流検出回路６から出力さ
れる負荷電流検出信号Ｖo が入力され、該比較器７１の
反転入力端子には定電圧Ｅを抵抗Ｒ7 及びＲ8 で分圧す
ることにより得た基準電圧Ｖr1＝Ｅ・Ｒ7 ／（Ｒ7 ＋Ｒ
8 ）が入力されている。基準電圧Ｖr1の大きさは、過電
流域の下限を与える第１の設定値ｉ1 に相当する大きさ
ｉ1 Ｒ1 （Ｒ2＋Ｒ3 ）／Ｒ2 に等しい値に設定されて
いる。従って負荷電流の過電流域の下限を与える第１の
設定値ｉ1 は、ｉ1 ＝Ｒ2 Ｒ7 Ｅ／Ｒ1 （Ｒ2 ＋Ｒ3 ）
（Ｒ7 ＋Ｒ8 ）で表わされる。抵抗Ｒ9 とＲ10とは互い
に直列に接続されて分圧回路を構成し、この分圧回路の
両端には直流定電圧Ｅが印加されている。この分圧回路
の分圧点は比較器７１の出力端子と演算増幅器７２の正
相入力端子とに接続され、比較器７１の出力段がオープ
ン状態にあるときに、抵抗Ｒ9 及びＲ10からなる分圧回
路の分圧点に電圧Ｖ2 ＝ＥＲ10／（Ｒ9 ＋Ｒ10) が得ら
れるようになっている。演算増幅器７２の逆相入力端子
は該演算増幅器の出力端子に接続され、演算増幅器７２
によりボルテージホロワ回路が構成されている。

【００２７】上記の負荷電流判別回路７は、比較器７１
により負荷電流検出信号Ｖo と基準電圧Ｖr1とを比較し
て、演算増幅器７２から負荷電流判別信号Ｖinを出力す
る。負荷電流ｉが第１の設定値ｉ1 未満でＶo ＜Ｖr1の
ときには、比較器７１の出力段のトランジスタがオン状
態になるため、負荷電流判別信号Ｖinが第１の状態（Ｖ
in＝０）となり、負荷電流ｉが第１の設定値ｉ1 以上で
Ｖo ≧Ｖr1のときには、比較器７１の出力段のトランジ
スタがオフ状態となるため、負荷電流判別信号Ｖinが第
２の状態（Ｖin＝Ｖ2 ）となる。

【００２８】積分回路８は、抵抗Ｒ12及びＲ13の直列回
路からなっていて直流定電圧Ｅの分圧電圧Ｖ3 ＝ＥＲ12
／（Ｒ12＋Ｒ13）を出力する分圧回路と、分圧電圧Ｖ3
が正相入力端子に入力された演算増幅器８１と、演算増
幅器８１の逆相入力端子と負荷電流判別回路７の出力端
子との間に接続された抵抗Ｒ11と、演算増幅器８１の逆
相入力端子と出力端子との間に接続されたコンデンサＣ
1 と、アノードを互いに接続して直列に接続されたダイ
オードＤ5 及びツェナーダイオードＺＤ1 とからなり、
ダイオードＤ5 のカソード及びツェナーダイオードＺＤ
1 のカソードはそれぞれ演算増幅器８１の逆相入力端子
及び出力端子に接続されている。演算増幅器８１の正相
入力端子に入力される分圧電圧Ｖ3 の大きさは、Ｖ3 ＜
Ｖ2 となるように（例えばＶ2 ＝２［Ｖ］，Ｖ3 ＝１
［Ｖ］に）選定されている。

【００２９】積分回路８は、負荷電流判別信号Ｖinを入
力として積分信号Ｖout を出力する。負荷電流ｉの大き
さが第１の設定値ｉ1 未満（ｉ＜ｉ1 ）であって負荷電
流判別信号Ｖinが第１の状態（Ｖin＝０の状態）にある
ときには、積分信号Ｖout がツェナーダイオードＺＤ1
によりクランプされて、Ｖout ＝Ｖx ＝Ｖ3 ＋Ｖz （Ｖ
z はツェナーダイオードＺＤ1 のツェナー電圧）とな
り、図４に直線ａで示すように一定値Ｖx に保持され
る。負荷電流ｉの大きさが第１の設定値ｉ1 以上（ｉ≧
ｉ1 ）あって、負荷電流判別信号Ｖinが第２の状態（Ｖ
in＝Ｖ2 の状態）にあるときには、積分信号Ｖout がＶ
out ＝Ｖx −｛（Ｖ2 −Ｖ3 ）／Ｃ1 Ｒ11｝ｔ（ｔは時
間）で与えられ、図４に直線ｂで示すように時間ｔの経
過とともにほぼ直線的に低下する信号となる。

【００３０】遮断時期検出回路９はオープンコレクタ出
力の比較器９１からなり、該比較器９１の反転入力端子
には負荷電流検出回路６から出力される負荷電流検出信
号Ｖo が、また非反転入力端子には積分信号Ｖout がそ
れぞれ入力されている。

【００３１】比較器９１は積分信号Ｖout と負荷電流検
出信号Ｖo とを比較して、Ｖout ＞Ｖo の状態にあると
きにその出力段のトランジスタをオフ状態にし、Ｖout
≦Ｖo の状態になったときに該出力段のトランジスタを
オン状態にする。本実施例では、比較器９１の出力段の
トランジスタがオン状態となって該比較器の出力端子の
電位が零になった状態を遮断時期検出信号Ｓt が発生し
ている状態としている。即ち、本実施例では、積分信号
Ｖout が低下していって、Ｖout ＝Ｖo となったときに
遮断時期検出信号Ｓt を発生させ、この遮断時期検出信
号が発生したときに後述する遮断指令発生回路１０から
遮断指令信号を発生させて負荷電流の遮断を行なわせ
る。

【００３２】遮断指令信号発生回路１０は、トランジス
タＴr1と、該トランジスタＴr1のベースと遮断時期検出
回路９の比較器９１の出力端子との間に接続された抵抗
Ｒ14と、トランジスタＴr1のコレクタに一端が接続され
た抵抗Ｒ15と、抵抗Ｒ15の他端と接地間に接続された抵
抗Ｒ16と、抵抗Ｒ16に並列に接続されたコンデンサＣ2
と、カソードが接地されゲートがコンデンサＣ2 の非接
地側端子に接続されたサイリスタＴh と、該サイリスタ
のアノードにカソードが共通接続されたダイオードＤ6
及びＤ7 とにより構成されている。トランジスタＴr1の
エミッタには直流定電圧Ｅが印加され、ダイオードＤ6
及びＤ7 のそれぞれのアノードはスイッチ回路３の第１
及び第２の励磁コイル３１及び３３の他端にそれぞれ接
続されている。

【００３３】この遮断指令信号発生回路１０は、遮断時
期検出回路９から遮断時期検出信号Ｓt が入力されたと
きにスイッチ回路３に遮断指令信号Ｓb を与えるととも
に、該遮断指令信号を保持する保持回路を兼ねている。

【００３４】遮断時期検出回路９から遮断時期検出信号
Ｓt が発生する（比較器９１の出力端子の電位が零にな
る）と、トランジスタＴr1にベース電流が流れて該トラ
ンジスタが導通する。これによりサイリスタＴh にゲー
ト電流が与えられて該サイリスタが導通し、スイッチ回
路３の第１及び第２の励磁コイル３１及び３３の他端が
それぞれダイオードＤ6 及びＤ7 とサイリスタＴh とを
通して接地されるため、該第１及び第２の励磁コイルが
共に励磁される。この例では、サイリスタＴhが導通し
て励磁コイル３１及び３３の他端を該サイリスタを通し
て接地した状態を遮断指令信号Ｓb が発生している状態
としている。

【００３５】遮断指令信号が与えられて励磁コイル３１
及び３３が共に励磁状態になる（但し負荷２が動作して
いるときには操作スイッチ４１または４２が閉じられて
いるので、いずれか一方の励磁コイルは既に励磁状態に
ある）と、切替スイッチ３２及び３４の可動接点３２ａ
及び３４がそれぞれ固定接点３２ｃ側及び３４ｃ側に切
替えられた状態になるため、負荷２に流れていた過電流
が遮断される。

【００３６】負荷電流ｉが遮断されて負荷電流検出信号
Ｖo が零になると、遮断時期検出回路９の比較器９１内
の出力トランジスタがオフ状態となってトランジスタＴ
r1は非導通となるが、サイリスタＴh は導通状態を保持
しているため負荷電流の遮断状態は保持される。負荷２
を再駆動する場合には、電源スイッチＳＷを一度切って
サイリスタＴh を流れている電源を保持電流以下にして
該サイリスタを非導通状態にした後、電源スイッチＳＷ
を再び閉じればよい。

【００３７】本実施例において、負荷電流ｉの大きさが
第１の設定値ｉ1 未満である場合には、図４に示した直
線ａのように、積分信号Ｖout が一定値Ｖx を保持し、
比較回路９は遮断時期検出信号Ｓt を発生しないため、
遮断指令信号は発生せず、負荷２は連続的に駆動され
る。負荷電流ｉの大きさが第１の設定値ｉ1 以上（ｉ≧
ｉ1 になって、負荷電流判別信号Ｖinが第２の状態（Ｖ
in＝Ｖ2 の状態）になると、図４の直線ｂのように、積
分信号Ｖout のレベルが時間ｔの経過とともに低下する
状態になる。この場合、ｉ＝ｉ1 であってＶo ＝Ｖr1の
とき（直線ｃ）には、遮断時期（Ｖout ＝Ｖo となる時
間）が、Ｔ1 ＝（Ｖx −Ｖr1）Ｃ1 Ｒ11／（Ｖ2 −Ｖ3
）で与えられる。またｉ＞ｉ2 の範囲では、Ｖo ＝Ｖ1
＝一定（直線ｄ）となるため、遮断時期は、Ｔ2 ＝
（Ｖx −Ｖ1 ）・Ｃ1 Ｒ11／（Ｖ2 −Ｖ3 ）［＝一定］
で与えられる。ｉ1 ≦ｉ≦ｉ2 の範囲では、Ｖo ＝ｉＲ
1 （Ｒ2＋Ｒ3 ）／Ｒ2 であるため、遮断時期はＴ＝
｛Ｖx −ｉＲ1 （Ｒ2 ＋Ｒ3 ）／Ｒ2 ｝Ｃ1 Ｒ11／（Ｖ
2 −Ｖ3 ）で与えられ、遮断時期Ｔは負荷電流ｉの増大
に伴ってほぼ直線的に短くなる。（なお図４にはｉ1 ≦
ｉ≦ｉ2 のときの負荷電流検出信号Ｖo を直線ｅで代表
して示してある。） 図５は負荷電流ｉの大きさと過電流が流れてから該過電
流を遮断するまでの遮断動作時間Ｔとの関係を示したも
ので、同図において斜線を施した側の領域は過電流を遮
断する領域を表わしている。遮断動作時間Ｔは遮断時期
検出回路９から遮断時期検出信号が出力される時間であ
り、過電流の大きさが第１の設定値ｉ1から第２の設定
値ｉ2 までの範囲にあるときの遮断特性は、遮断動作時
間Ｔが過電流の増大に伴ってＴ1 からＴ2 までほぼ直線
的に短くなる反限時特性となる。また過電流の大きさが
第２の設定値ｉ2 を超える範囲での遮断特性は定限時特
性（遮断動作時間Ｔ＝Ｔ2 ）となる。

【００３８】上記のように、過電流の大きさが第２の設
定値ｉ2 を超える範囲で遮断動作時間が一定値Ｔ2 とな
るようにすると、過電流の大きさが負荷の起動時の突入
電流等によって上記第２の設定値ｉ2 を超えることがあ
っても、該突入電流等が第２の設定値ｉ2 を超えている
時間が一定値Ｔ2 より短い場合には、遮断動作によって
負荷電流が遮断されることはない。

【００３９】上記の実施例において、過電流域の下限を
与える第１の設定値ｉ1 の大きさは、図２に示した回路
における負荷電流判別回路７の分圧抵抗Ｒ7 ，Ｒ8 の抵
抗値を変えて基準信号Ｖr1の大きさを変えることにより
適宜に調整することができる。過電流の大きさが第１の
設定値ｉ1 から第２の設定値ｉ2 までの範囲にあるとき
の遮断動作時間の反限時特性直線の傾きは、積分回路８
の積分時定数Ｒ11・Ｃ1 の値を変えることにより調整す
ることができる。また過電流の大きさが第２の設定値ｉ
2 を超える範囲における遮断動作時間Ｔ2 （一定）の長
さは、負荷電流検出回路６の抵抗Ｒ4 またはＲ5 の抵抗
値を変えて、負荷電流検出信号の大きさＶ1 の値を変え
ることにより変更することができる。

【００４０】上記の実施例では、負荷電流が第２の設定
値ｉ2 以下のときに負荷電流にほぼ比例して負荷電流検
出信号を変化させ、負荷電流が第２の設定値ｉ2 を超え
る範囲では負荷電流検出信号を一定値に保持させて、過
電流の大きさが第１の設定値ｉ1 から第２の設定値ｉ2
までの範囲にあるときには遮断動作時間に反限時特性を
もたせ、過電流の大きさが第２の設定値ｉ2 を超えたと
きには遮断動作時間に定限時特性をもたせるように遮断
制御回路を構成したが、過電流の大きさが第１の設定値
ｉ1 から第２の設定値ｉ2 までの範囲にあるときに遮断
動作時間を過電流の増大に伴って第１の割合で短くする
第１の反限時特性をもたせ、過電流の大きさが第２の設
定値ｉ2 を超えたときには遮断動作時間を過電流の増大
に伴って前記第１の割合よりも小さい第２の割合で短く
する第２の反限時特性をもたせて過電流を遮断するよう
に遮断制御回路を構成することもできる。このように構
成するには、負荷電流が第２の設定値ｉ2 以下のときに
負荷電流検出信号を負荷電流にほぼ比例して第１の変化
率で変化させ、負荷電流が第２の設定値ｉ2 を超える範
囲では負荷電流検出信号を負荷電流に比例して第１の変
化率よりも小さい第２の変化率で変化させるように負荷
電流検出回路を構成すればよい。

【００４１】図６は、上記のように過電流域で第１の反
限時特性と第２の反限時特性とをもたせるようにした実
施例の負荷電流検出回路６の部分の構成例を示したもの
で、この実施例において負荷電流検出回路６以外の部分
の構成は図２の実施例と同様である。

【００４２】図６に示した負荷電流検出回路６は、一端
が接地されて負荷電流ｉが通電される負荷電流検出用抵
抗Ｒ1 と、演算増幅器６１、ツェナーダイオードＺＤ2
及び抵抗Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ6 からなる増幅回路とにより構
成されている。抵抗Ｒ1 の非接地側端子は演算増幅器６
１の正相入力端子に接続され、該演算増幅器の逆相入力
端子と接地間に抵抗Ｒ2 が接続されている。抵抗Ｒ3 は
演算増幅器６１の出力端子と逆相入力端子との間に接続
され、該抵抗Ｒ3 の両端に、カソードを演算増幅器６１
の出力端子側に向けたツェナーダイオードＺＤ2 と抵抗
Ｒ6 との直列回路が並列に接続されている。

【００４３】この負荷電流検出回路では、ツェナーダイ
オードＺＤ2 が非導通状態にあるときは、演算増幅器６
１の出力端子に得られる負荷電流検出信号Ｖo がＶo ＝
ｉＲ1 （Ｒ2 ＋Ｒ3 ）／Ｒ2 で与えられ、該負荷電流検
出信号Ｖo は、負荷電流ｉにほぼ比例して第１の変化率
［＝Ｒ1 （Ｒ2 ＋Ｒ3 ）／Ｒ2 ］で変化する。

【００４４】負荷電流ｉが増大して抵抗Ｒ3 の両端の電
圧の大きさｉＲ1 Ｒ3 ／Ｒ2 がツェナーダイオードＺＤ
2 のツェナー電圧Ｖz を超えると、該ツェナーダイオー
ドが導通する。この実施例では、負荷電流ｉの大きさが
第２の設定値ｉ2 のときにｉ2 ＝Ｖz Ｒ2 ／Ｒ1 Ｒ3 の
関係が成立するように抵抗Ｒ2 ，Ｒ3 の抵抗値とツェナ
ー電圧Ｖz の値とが選定されていて、負荷電流の大きさ
が第２の設定値ｉ2 を超えて負荷電流検出信号Ｖo がｉ
2 Ｒ1 （Ｒ2 ＋Ｒ3 ）／Ｒ2 ＝Ｖ1 を超えたときにツェ
ナーダイオードＺＤ2 が導通するようになっている。

【００４５】負荷電流ｉの大きさが第２の設定値ｉ2 を
超えてツェナーダイオードＺＤ2 が導通状態になってい
る範囲では、負荷電流検出信号Ｖo がＶo ＝Ｖ1 ＋（ｉ
−ｉ2 ）Ｒ1 ｛Ｒ2 ＋Ｒ3 ／（１＋Ｒ3 ／Ｒ6 ）｝／Ｒ
2 で与えられ、負荷電流検出信号Ｖo は前記第１の変化
率よりも小さい第２の変化率［＝Ｒ1 ｛Ｒ2 ＋Ｒ3 （１
＋Ｒ3 ／Ｒ6 ）｝／Ｒ2 ］で負荷電流ｉに比例して変化
する。

【００４６】図７は負荷電流ｉと負荷電流検出信号Ｖo
との関係を図示したもので、負荷電流検出信号Ｖo は、
負荷電流ｉが第２の設定値ｉ2 以下のときに直線ａの実
線部分で示す第１の変化率で変化し、負荷電流ｉが第２
の設定値ｉ2 を超えたときには直線ｂの実線部分で示す
第２の変化率で変化する。この第２の変化率は、抵抗Ｒ
6 の抵抗値を変えることにより適宜に変更することがで
きる。

【００４７】本実施例において、負荷電流検出回路６以
外の各回路は図２の実施例と同様であり、遮断時期検出
回路９は積分回路８から入力される積分信号Ｖout と負
荷電流検出信号Ｖo とを比較して、Ｖout ＜Ｖo の状態
になると遮断時期検出信号Ｓt を出力する。この遮断時
期検出信号Ｓt が発生したときに、遮断指令信号発生回
路１０からスイッチ回路３に遮断指令信号を与えて過電
流を遮断する。

【００４８】負荷電流の大きさが過電流域の下限を与え
る第１の設定値ｉ1 以上になっているときには、積分信
号Ｖout は図２の実施例と同様の式Ｖout ＝Ｖx −
｛（Ｖ2−Ｖ3 ）／Ｃ1 Ｒ11｝ｔで与えられるので、過
電流の大きさが第１の設定値ｉ1から第２の設定値ｉ2
までの範囲にあるときには、遮断動作時間ＴはＴ＝｛Ｖ
x−ｉＲ1 （Ｒ2 ＋Ｒ3 ）／Ｒ2 ｝Ｃ1 Ｒ11／（Ｖ2 −
Ｖ3 ）で与えられ、遮断動作時間は過電流の増大に伴っ
て第１の割合Ｒ1 （Ｒ2 ＋Ｒ3 ）Ｃ1 Ｒ11／Ｒ2 （Ｖ2
−Ｖ3 ）で短くなる第１の反限時特性をもつ。過電流の
大きさが第２の設定値ｉ2 を超えたときには、遮断動作
時間ＴはＴ＝［（Ｖx −Ｖ1 ）−（ｉ−ｉ2）Ｒ1 ｛Ｒ2
＋Ｒ3 ／（１＋Ｒ3 ／Ｒ6 ）｝／Ｒ2 ］・Ｃ1 Ｒ11／
（Ｖ2 −Ｖ3）で与えられ、遮断動作時間は過電流の増
大に伴って前記第１の割合よりも小さい第２の割合Ｒ1
｛Ｒ2 ＋Ｒ3 ／（１＋Ｒ3 ／Ｒ6 ）｝Ｃ1 Ｒ11／Ｒ2
（Ｖ2 ＋Ｖ3 ）で短くなる第２の反限時特性をもつ。

【００４９】図８は本実施例における負荷電流ｉと遮断
動作時間Ｔとの関係を図示したもので、同図において斜
線を施した側の領域は過電流を遮断する領域を表わして
いる。遮断動作時間Ｔは、過電流の大きさが第１の設定
値ｉ1 から第２の設定値ｉ2までの範囲にあるときに直
線ａで示す第１の反限時特性をもち、過電流の大きさが
第２の設定値ｉ2 を超える範囲では直線ｂで示す第２の
反限時特性をもつ。

【００５０】上記のように、負荷電流が第２の設定値ｉ
2 を超える範囲で第１の割合よりも小さい第２の割合で
遮断動作時間が短くなるようにすると、負荷の突入電流
等の継続時間が第２の反限時特性で示される遮断動作時
間よりも短い限り、スイッチ回路が遮断されることがな
い。

【００５１】過電流の大きさが第２の設定値ｉ2 を超え
る範囲での遮断動作時間の変化割合（第２の割合）、即
ち第２の反限時特性の傾きの大きさは、負荷電流検出回
路６の抵抗Ｒ6 の抵抗値を変えることにより適宜に変更
することができる。

【００５２】上記の実施例では、回転方向を反転させる
ことができるようにした直流モータを負荷２としている
が、一方向にのみ回転させられる直流モータや電磁ソレ
ノイド等を負荷とする場合のように、負荷に印加される
電圧の極性を反転させる必要がない場合には、起動停止
用スイッチとして、第１の操作スイッチ４１または第２
の操作スイッチ４２のいずれか一方のみを備えたものを
用いればよい。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、負荷電
流を検出して該負荷電流が過電流域の下限を与える第１
の設定値を超えているときに積分回路から時間の経過と
ともにほぼ直線的にレベルが低下する積分信号を発生さ
せ、この積分信号が負荷電流検出信号よりも小さくなっ
たときにスイッチ回路に遮断指令信号を与えて過電流を
遮断するようにしたので、バイメタル等の感温素子を用
いることなく、遮断動作時間を過電流の増大に伴って短
くする反限時特性をもたせて過電流を遮断することがで
きる。

【００５４】また本発明においては、負荷電流の大きさ
が第１の設定値よりも大きい第２の設定値を超えたとき
に、遮断動作時間に定限時特性をもたせるか、あるいは
過電流が第２の設定値以下のときよりも小さい割合で過
電流の増大に伴って遮断動作時間を短くする反限時特性
をもたせるようにしたので、負荷の突入電流等により第
２の設定値を超える過電流が短時間流れた場合に、無用
な遮断動作が行なわれるのを防ぐことができる。

【００５５】更に本発明では、遮断制御回路の回路定数
の一部を変えるだけで過電流遮断特性を必要に応じて容
易に変更することができるので、従来の装置に比べて高
精度でかつ負荷の特性に合わせて過電流遮断特性の設定
を容易に行なうことができる過電流保護装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体構成を示したブロック図
である。

【図２】図１の各部を具体的にして本発明の実施例を示
した回路図である。

【図３】図２の実施例における負荷電流と負荷電流検出
信号との関係を示した線図である。

【図４】図２の実施例における積分信号と負荷電流検出
信号との時間経過を比較して示した線図である。

【図５】図２の実施例における負荷電流と遮断動作時間
との関係を示した線図である。

【図６】本発明の他の実施例で用いる負荷電流検出回路
の構成を示した回路図である。

【図７】図６の実施例で用いる負荷電流検出回路におけ
る負荷電流と負荷電流検出信号との関係を示した線図で
ある。

【図８】図６の実施例における負荷電流と遮断動作時間
との関係を示した線図である。

【図９】従来の装置における負荷電流と遮断動作時間と
の間の一般的関係を示した線図である。

【符号の説明】

１ 電源 ２ 負荷（直流モータ） ３ スイッチ回路 ３１ 第１の励磁コイル ３２ 第１の切替スイッチ ３３ 第２の励磁コイル ３４ 第２の切替スイッチ ４ 起動停止用操作スイッチ ５ 遮断制御回路 ６ 負荷電流検出回路 ６１ 演算増幅器 ７ 負荷電流判別回路 ７１ 比較器 ７２ 演算増幅器 ８ 積分回路 ８１ 演算増幅器 ９ 遮断時期検出回路 ９１ 比較器 １０ 遮断指令信号発生回路 Ｔr1 トランジスタ Ｔh サイリスタ Ｄ1 〜Ｄ7 ダイオード ＺＤ1 ，ＺＤ2 ツェナーダイオード Ｃ1 ，Ｃ2 コンデンサ Ｒ1 負荷電流検出用抵抗 Ｒ2 〜Ｒ16 抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02H 3/08 - 3/253

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遮断指令信号が与えられたときに電源か
   ら負荷に流れる過電流を遮断するように設けられたスイ
   ッチ回路と、 過電流の大きさが過電流域の下限を与える第１の設定値
   （ｉ1 ）から該第１の設定値（ｉ1 ）よりも大きい第２
   の設定値（ｉ2 ）までの範囲にあるときには、過電流が
   流れてから該過電流を遮断するまでの遮断動作時間を過
   電流の増大に伴って短くする反限時特性をもたせ、過電
   流が前記第２の設定値を超えたときには前記遮断動作時
   間を一定にする定限時特性をもたせて過電流を遮断する
   べく、過電流の大きさに応じて前記スイッチ回路に遮断
   指令信号を与える遮断制御回路とを備え、 前記遮断制御回路は、 負荷電流を検出して該負荷電流が前記第２の設定値以下
   のときには負荷電流にほぼ比例して変化し、該負荷電流
   が前記第２の設定値を超える範囲では一定値を保持する
   負荷電流検出信号を出力する負荷電流検出回路と、 前記負荷電流検出信号を前記第１の設定値に相当する大
   きさを有する基準信号と比較して、該負荷電流検出信号
   の大きさが基準信号の大きさ未満のときに第１の状態を
   とり、該負荷電流検出信号の大きさが基準信号の大きさ
   以上になったときに第２の状態をとる負荷電流判別信号
   （Ｖin）を出力する負荷電流判別回路と、 前記負荷電流判別信号（Ｖin）を入力として、該負荷電
   流判別信号が第１の状態にあるときには一定値を保持
   し、前記負荷電流判別信号が第２の状態にあるときには
   時間の経過とともにほぼ直線的にレベルが低下する積分
   信号を出力する積分回路と、 前記積分信号を前記負荷電流検出信号と比較して、積分
   信号が負荷電流検出信号よりも小さくなったときに遮断
   時期検出信号を出力する遮断時期検出回路と、 前記遮断時期検出信号が発生したときに前記スイッチ回
   路に遮断指令信号を与える遮断指令信号発生回路とを具
   備したことを特徴とする過電流保護装置。
2. 【請求項２】 遮断指令信号が与えられたときに電源か
   ら負荷を通して流れる過電流を遮断するように設けられ
   たスイッチ回路と、 過電流の大きさが過電流域の下限を与える第１の設定値
   （ｉ1 ）から該第１の設定値（ｉ1 ）よりも大きい第２
   の設定値（ｉ2 ）までの範囲にあるときには、過電流が
   流れてから該過電流を遮断するまでの遮断動作時間を過
   電流の増大に伴って第１の割合で短くする第１の反限時
   特性をもたせ、過電流が前記第２の設定値を超えたとき
   には前記遮断動作時間を過電流の増大に伴って前記第１
   の割合よりも小さい第２の割合で短くする第２の反限時
   特性をもたせて過電流を遮断するべく、過電流の大きさ
   に応じて前記スイッチ回路に遮断指令信号を与える遮断
   制御回路とを備え、 前記遮断制御回路は、 負荷電流を検出して該負荷電流が前記第２の設定値以下
   のときには負荷電流にほぼ比例して第１の変化率で変化
   し、該負荷電流が前記第２の設定値を超える範囲では負
   荷電流にほぼ比例して前記第１の変化率よりも小さい第
   ２の変化率で変化する負荷電流検出信号を出力する負荷
   電流検出回路と、 前記負荷電流検出信号を前記第１の設定値に相当する大
   きさを有する基準信号と比較して、該負荷電流検出信号
   の大きさが基準信号の大きさ未満のときに第１の状態を
   とり、該負荷電流検出信号の大きさが基準信号の大きさ
   以上になったときに第２の状態をとる負荷電流判別信号
   （Ｖin）を出力する負荷電流判別回路と、 前記負荷電流判別信号（Ｖin）を入力として、該負荷電
   流判別信号が第１の状態にあるときには一定値を保持
   し、前記負荷電流判別信号が第２の状態にあるときに時
   間の経過とともにほぼ直線的にレベルが低下する積分信
   号を出力する積分回路と、 前記積分信号を前記負荷電流検出信号と比較して、積分
   信号が負荷電流検出信号よりも小さくなったときに遮断
   時期検出信号を出力する遮断時期検出回路と、 前記遮断時期検出信号が発生したときに前記スイッチ回
   路に遮断指令信号を与える遮断指令信号発生回路とを具
   備したことを特徴とする過電流保護装置。