JP3959691B2 - 過負荷電流保安装置 - Google Patents
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Description
本発明は、導体を流れる電流の大きさを検出し、電流の大きさが予め与えられたしきい値を越えたときに電流を遮断する装置、さらに詳しくは電動機等の負荷への電力供給を制御できる過負荷電流保安装置に関する。
背景技術
過負荷電流保安装置は、三相電動機等の負荷に接触器を介して流れる電流が安全なしきい値を越えたことを検出し、その検出結果に応じて電動機負荷への電流を遮断する装置であり、以前は電動機電流の一部または全部をバイメタルスイッチ素子に流すことにより実現していた。つまり、バイメタル金属で構成したスイッチに電流を流し、電流強度に対応してバイメタル金属を加熱し、電動機電流が安全なしきい値を規定時間超過すると、熱がバイメタル金属をたわませてスイッチ接点を開放状態とし、接触器の制御入力への電力供給を停止させるようにしている。しかし、このバイメタルスイッチを用いるものは、スイッチが開放状態となるときの電流調節が難しく、長時間にわたって誤調整状態になりがちであると言う問題がある。
これに対して、バイメタルスイッチで実現していた機能を電子的に行なうことが可能となった。電子機器を使用することでより信頼性が高くなり、調整も容易となった。しかしながら、この電子式の場合は回路が複雑となり、電流を適切に検出し接触器を動作させるために、定電圧電源と多くの部品を必要とする。さらに、電流検出手段として電流検出変圧器が使われるが、鉄芯による磁気飽和が発生するため電流検出範囲を広くとれないという問題がある。電流検出手段として磁気抵抗素子を用いる方法もあるが、低感度のため鉄芯を必要とすることから、電流検出変圧器と同様に電流検出範囲を広くとれないという問題がある。
そこで、ホール素子や磁気抵抗素子に代わる高感度な磁気検出素子として、アモルファスワイヤによる磁気インピーダンス素子を構成している(例えば特許文献1参照)。また、薄膜形状のアモルファススパッタ磁性薄膜を構成しているものもある(例えば特許文献2参照)。
しかしながら、いずれの形状の磁気インピーダンス素子を用いる場合でも、高感度な磁気検知特性を示すが、素子自身の磁気検知特性は、例えばアモルファスワイヤ素子の磁界に対するインピーダンス変化が、図17に示すように非線形性を有するため、線形出力を得ることができない(例えば特許文献3参照)。このため、磁気インピーダンス素子に交流バイアス磁界を印加する方法は、交流バイアス磁界による正負発生磁界と被測定外部磁界との和から生じる磁気インピーダンス素子の変化量の差から、磁界に対する線形出力を得るものである(例えば特許文献4参照)。
〔特許文献1〕
特開平06−281712号公報(第4頁、第5−12図)
〔特許文献2〕
特開平08−075835号公報(第4−5頁、第1−6図)
〔特許文献3〕
特開2000−055996号公報(第3頁、第23図)
〔特許文献4〕
特開平09−127218号公報(第4−5頁、第3図)
ところで、磁気インピーダンス素子はその原理上、磁気インピーダンス効果を発生させるため、素子に少なくとも数MHz程度の高周波電流を数mA印加する必要があることから消費電力が増大し、電力供給変圧器が大型化して機器のダウンサイジング化,低コスト化が困難になると言う問題がある。
図16に磁気インピーダンス素子を用いた従来の検知回路の一例を示す。
これは、発振手段31およびバイアス電流印加手段13a1を共通化した例であるが、磁気検出素子1a,1b,1cには常時数mAの電流と、バイアス電流十mAが印加されているので、素子数に比例して消費電力が増大してしまう。さらに、検波手段6a1,6b1,6c1、保持手段8a1,8b1,8c1、増幅手段11a1,11b1,11c1が素子数分必要なので、回路規模が大きくなり部品コストも増大すると言うわけである。
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、定電圧電源供給の必要の無い低コストな電源で済み、電流検知範囲の拡大が可能で、小型,低コストな過負荷電流保安装置を提供することを目的とする。
発明の開示
上記のような課題を解決するため、請求の範囲第1項の発明では、電源から負荷への電流供給を切り換える切換え器と、電源から負荷へ供給される電流を検出する電流検出器と、前記各構成機器に電力を供給する制御電源とを備え、過電流発生時に負荷に対する電力の供給を遮断する過負荷電流保安装置において、
前記電流検出器を、磁気インピーダンス効果を有し電源相対応に設けられる磁気検出素子と、1つの発振手段と磁気検出素子対応に設けられる第1スイッチを介して前記磁気検出素子にそれぞれ交流電流を印加する交流電流供給手段と、前記磁気検出素子にそれぞれ巻回されたバイアスコイルと第3スイッチとバイアス電流印加手段とからなり前記各バイアスコイルに前記第3スイッチを介して電流を供給するバイアス電流供給手段と、前記磁気検出素子対応に設けられそれぞれのインピーダンス変化を電圧に変換しその電圧のピークを通過させる検波手段と、この検波手段の各々に対応して設けられその出力を選択する第2スイッチと、選択された前記検波手段の出力を保持する保持手段と、この保持した電圧を増幅する増幅手段とから構成し、
前記第1〜第3スイッチの選択的動作により、各相毎に電流検出を可能にしたことを特徴とする。
請求の範囲第2項の発明では、電源から負荷への電流供給を切り換える切換え器と、電源から負荷へ供給される電流を検出する電流検出器と、前記各構成機器に電力を供給する制御電源とを備え、過電流発生時に負荷に対する電力の供給を遮断する過負荷電流保安装置において、
前記電流検出器を、磁気インピーダンス効果を有し電源相対応に設けられる磁気検出素子と、1つの発振手段と磁気検出素子対応に設けられる第1スイッチを介して前記磁気検出素子にそれぞれ交流電流を印加する交流電流供給手段と、前記磁気検出素子にそれぞれ巻回されたバイアスコイルとバイアス電流印加手段と第3スイッチを介して前記発振手段と接続されその出力を分周する分周手段とからなり前記各バイアスコイルに第1,第2のタイミングで極性の異なる電流をそれぞれ供給するバイアス電流供給手段と、前記磁気検出素子対応に設けられそれぞれのインピーダンス変化を電圧に変換しその電圧のピークを通過させる検波手段と、この検波手段の各々に対応して設けられその出力を選択する第2スイッチと、選択された前記検波手段の出力を保持する第1保持手段と、この保持した電圧を前記第1,第2のタイミングで選択する2つの第4スイッチと、この選択された2つの電圧を保持する2つの第2保持手段と、2つの第2保持手段の出力差を増幅する増幅手段とから構成し、
前記第1〜第4スイッチの選択的動作により、各相毎に電流検出を可能にしたことを特徴とする。
上記請求の範囲第1項または第2項の発明においては、前記電源相に設けられる前記磁気検出素子のいずれか1つに対応する前記第1スイッチと前記第2スイッチが選択されたとき、前記第3スイッチを選択することができ(請求の範囲第3項の発明)、または、前記発振手段を前記第3スイッチに同期させて動作させることができる(請求の範囲第4項の発明)。
また、請求の範囲第1項または第2項の発明においては、前記制御電源を、一次巻線と二次巻線とを備え前記電源から負荷への電流供給線に結合された少なくとも2つの電力供給変圧器と、その二次側の電流を蓄電する蓄電器と、電圧調整器とから構成することができ(請求の範囲第5項の発明)、または、前記制御電源を、少なくとも2つの一次巻線と1つの二次巻線とを備え前記電源から負荷への電流供給線に結合された電力供給変圧器と、その二次側の電流を蓄電する蓄電器と、電圧調整器とから構成することができる(請求の範囲第6項の発明)。この請求の範囲第6項の発明においては、前記少なくとも2つの一次巻線と1つの二次巻線とを1つの鉄心に巻くとともに、前記一次巻線の巻数を各相毎に異ならせることができ(請求の範囲第7項の発明)、この請求の範囲第7項の発明においては、前記電力供給変圧器の2つの一次巻線の巻数比を1:2にすることができる(請求の範囲第8項の発明)。
さらに、請求の範囲第1項または第2項の発明においては、前記磁気検出素子と、この磁気検出素子に交流電流を印加するための端子と、前記バイアスコイルおよびこれにバイアス電流を供給するための端子とを樹脂成形により一体化することができ(請求の範囲第9項の発明)、または、前記磁気検出素子と、この磁気検出素子に交流電流を印加するための端子と、前記バイアスコイルおよびこれにバイアス電流を供給するための端子と、前記磁気検出素子の出力に比例した信号を出力する回路部とを樹脂成形により一体化することができ(請求の範囲第10項の発明)、もしくは、前記磁気検出素子として薄膜型のものを用いることができる(請求の範囲第11項の発明)。
すなわち、本発明では、電流検出手段として、磁気インピーダンス(MI)効果を有する磁気検出素子を用いることにより、現在広く用いられている電流検出変圧器のように鉄心による磁気飽和が発生しないようにして、電流検出範囲を広げるようにしている。また、制御電源は外部から定電圧電源の供給が不要で、その結果、汎用性に優れた、トータルコストの低減が可能な過負荷電流保安装置を提供することができる。
多相交流電源を用いる場合、各相毎に電力供給変圧器を設ける必要が無いので、部品点数の少ない低コストな過負荷電流保安装置を提供できる。このとき、従来は各相毎に設けられていた発振手段を1つとし、各相に配置した素子や機器に対して選択したときのみ交流電流を印加すれば良く、これにより低消費電力化が可能となり、また、検出時のみバイアスコイルに通電すれば低消費電力化が可能となる。さらに、検出時にのみ発振手段を動作させることで、低消費電力化できる。
また、保持手段や増幅手段が1系統で済むので、低消費電力化,低コスト化が実現できる。磁気検出素子に正負のバイアス磁界を交互に印加し、それぞれのバイアス磁界を印加したときの検出電圧の差を求めることで、出力の直線性を改善することができるだけでなく、従来のような交流バイアス方式に代えてパルスで間欠駆動することにより、消費電力の低減が可能となる。
加えて、磁気検出素子およびその交流電流印加端子と、バイアス巻線およびその電流印加端子とを樹脂成形により一体化することで、磁気抵抗およびバイアス電流を低減し、小型化を図る。さらに、磁気検出素子およびその交流電流印加端子と、バイアス巻線およびその電流印加端子と、磁気検出素子の出力に比例した信号を出力する回路部とを一体化することで、高S/N化を可能とする。特に、各種補正データを内蔵させて高機能化を図ることで、耐環境性に優れた高精度で低消費電力のものを実現する。また、磁気検出素子に薄膜タイプのものを用いることで、ワイヤタイプで問題となる歪による出力変化の影響を無くし、高精度に低消費電力化を実現する。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明について説明する。図1は本発明の第1の実施の形態を示す過負荷電流保安装置の構成図である。
図1において、図示されない三相交流電源に接続された電源供給線R,S,Tは、電動機30に対して三相接触器20および2つの電力供給変圧器161,162を介して接続されており、電流検出装置11は、電源供給線R,S,Tの各相毎の電流を検知する。3相のうち1相が断線しても機器を正常に動作させる必要があるので、電力供給変圧器161,162はここでは2つとしたが、各相毎に配置しても良い。接触器20は三組の接点201,202,203を有し、各々は異なる電源供給線R,S,Tによりそれぞれ直結または個別の電力供給変圧器161,162の一次巻線を通じて電動機30に結合している。接点の組は電磁コイル204によって同時に駆動するように機械的に結合され、電磁コイル204は制御回路10に接続されている。上記電流出装置11、電力供給変圧器161,162および制御回路10等により電子式過負荷継電器1が形成される。電流検出装置11の出力は電流規格器(ゲイン調整器)100により電流設定に応じて増幅され、半波整流器101を介してマイクロコンピュータ(マイコン)102のアナログ入力に接続される。
図1の制御電源では、電力供給変圧器161,162の二次巻線にはそれぞれ整流ダイオード171,172を介して第1蓄電コンデンサ180が接続され、整流ダイオード171,172のアノード側と回路接地の間にはそれぞれ保護ダイオード174,175が接続され、上記第1蓄電コンデンサ180は電圧調整器19の正入力と回路接地の間に接続され、電圧調整器19の正出力と回路接地との間には第2蓄電コンデンサ181が接続されており、電圧調整器19から一定した電圧レベルVCCを出力する。このVCCは、電子式過負荷継電器1の電源となる。
図2に、電流検出装置の概要構成を示す。
同図において、111は磁気インピーダンス素子(MI素子)、122は各相の電流を導くための配線、121は配線およびMI素子1を固定する基板、110は検出回路である。
MI素子111としては上記特開平06−281712号公報に開示されているアモルファスワイヤによるものや、特開平08−075835号公報に開示されている薄膜形状のいずれでも良い。図2は1相分を示すが、各相とも構成は同じである。
図3aに、電流検出装置の第1の構成例を示す。
同図において、1a,1b,1cはMI素子であり、素子形状はワイヤ,薄膜のいずれでも良い。2a,2b,2cはMI素子1a,1b,1cにバイアスを印加するためのバイアスコイル、3は発振回路、4a,4b,4cは第1スイッチで、発振回路3の出力を第1スイッチ4a,4b,4cで切り換え、MI素子1a,1b,1cに高周波の交流電流を印加する。13aはバイアスコイル2a,2b,2cに電流を印加するための第2電流印加手段で、その電流印加は第3スイッチ14aによりオン,オフされる。6a,6b,6cは電圧変化に変換されたMI素子1a,1b,1cのインピーダンス変化のピーク値を出力する検波手段、7a,7b,7cは選択したMI素子に応じた検波手段の出力を取り出すための第2スイッチ、8aは検波手段6a,6b,6cの出力を保持する第1保持手段、11aは第1保持手段8aの出力を増幅する増幅手段である。
また、マイクロコンピュータ102は、第1スイッチ4a,4b,4cおよび第2スイッチ7a,7b,7cに対する制御信号A1,A2,B1,B2,C1,C2によってMI素子1a,1b,1cのどれか1つを選択するとともに、さらにはバイアス電流を流すために制御信号E1を出力する。
すなわち、制御信号A1,A2によりMI素子1aが、制御信号B1,B2によりMI素子1bが、制御信号C1,C2によりMI素子1cがそれぞれ選択され、制御信号E1によりバイアス電流が印加されるので、消費電力の中で大部分を占めるMI素子に印加する電流およびバイアス電流を、制御信号を選択した時間のみ印加することができ、消費電流を最小限に抑えることが可能となる。例えば、MI素子1aを駆動するときには、第1スイッチ4aと第2スイッチ7aとをほぼ同時にオンさせ、そのときのみ制御信号E1を出力して第3スイッチ14aをオンすることにより、低消費電力化を実現できる。また、第1保持手段8a、増幅手段11aが1系統で済むので、これによる低消費電力化,低コスト化が実現できる。
MI素子1aが動作した後のタイミングでは、第1スイッチ4bと第2スイッチ7bとをほぼ同時にオンさせ、そのときのみ制御信号E1を出力して第3スイッチ14aをオンすることによりMI素子1bを、次いで第1スイッチ4cと第2スイッチ7cとをほぼ同時にオンさせ、そのときのみ制御信号E1を出力して第3スイッチ14aをオンすることによりMI素子1cを、それぞれ動作させることができる。以上の動作例をタイミングチャートとして、図3bに示す。
なお、制御信号E1により第3スイッチを動作させるタイミングで、図3cのように発振手段3も動作させることで、発振手段3はバイアスコイル2a,2b,2cにバイアス電流を流している間のみ発振動作をすることになるので、連続的に発振動作させていた場合に比べてより一層の低消費電力化が可能となる。
図3dに、図3aの変形例を示す。同図からも明らかなように、図3aで検波手段6a,6b,6cに対して共通に設けられていた保持手段8aを、ここでは検波手段6a,6b,6cのそれぞれに対し8c,8d,8eとして個別に設けるようにしたものである。こうすることで、第1スイッチと第3スイッチとをほぼ同時にオンさせる点は図3aと同じであるが、第2スイッチの動作タイミングを任意に選ぶことができるようになる。なお、第2スイッチスイッチ7a,7b,7cはまとめて1つにすることができ、このときのタイミングチャート例を図3eに示す。
図4に、図3aの具体例を示す。
発振手段3は水晶振動子やトランジスタを用いる種々の方式があるが、ここでは一例としてCMOSゲートにより構成している。検波手段6a,6b,6cはアナログスイッチで構成できるが、ここでは一例としてダイオードにより構成し、第1保持手段8aは抵抗,コンデンサにより構成する。増幅手段11aはトランジスタにより構成できるが、ここでは一例としてオペアンプにより構成している。第1,2,3スイッチは、リレーまたはアナログスイッチにより構成される。なお、MI素子1a,1b,1cに印加する電流を下げる目的で電流制限抵抗5a,5b,5cを設けているが、なくても良い。
上記図3a,図4に示すものは、簡単な構成により磁気検出が可能であると言う特徴があるが、出力精度は余り良くない。これは、アモルファスワイヤ素子の磁界に対するインピーダンス変化が、例えば図17に示すように非線形性を有するためである。
図5に、上記のような非線形特性を改善した第2の構成例を示す。これは、図3aに示すものに対し、MI素子1a,1b,1cに正負のバイアス磁界を交互に印加し、それぞれのバイアス磁界を印加したときの検出電圧の差を演算することにより、出力の直線性を改善するようにした点で異なっている。
符号12は発振手段3の出力を分周する分周手段で、MI素子1a,1b,1cに印加する交流電流よりも低い周波数の信号を出力する。13bは分周手段12からの正負の出力タイミングに応じて正負のバイアス磁界を交互に印加するための第2電流印加手段で、第3スイッチ14bを経て分周手段12で分周した発振手段3の出力をバイアスコイル2a,2b,2cに印加する。さらに、MI素子1a,1b,1cの正負バイアス磁界によるインピーダンス変化に対応する電圧を保持する第1保持手段8bと、その出力を正負それぞれのタイミングで保持する第2保持手段10a,10bと、そのタイミングD1,D2で動作する第4スイッチ9a,9bと、第2保持手段10a,10bの出力を差動増幅する差動増幅手段11b等を備えている。
図6は正負バイアスの動作説明図である。なお、同図の磁界に対するセンサ(MI素子)の特性は、一般的な磁気インピーダンス素子の特性を示している。
図6(a),(b)は、外部磁界ゼロでのバイアス磁界印加時の動作説明図である。同図(a)は、感知される被測定外部磁界が無く、磁気インピーダンス素子に正負磁界強度が均等なバイアス磁界を印加した場合の特性を模式的に示す図である。同図(a)中には、外部磁界強度の変化に対するインピーダンスの変化と、磁気インピーダンス素子に印加しているバイアス磁界の磁界強度と印加時間による変化を表わしている部分を併記している。
外部磁界強度がゼロ付近でのインピーダンス特性は、滑らかな曲線を示す特性になっていないが、磁界の極性が変化するポイントにあっては、不安定な特性領域となることが一般的である。また、インピーダンス特性上に示されている白丸は、正磁界と負磁界を矩形波で周期的に振動するバイアス磁界による、正と負の最大バイアス磁界値から得られるインピーダンスの値であり、磁気インピーダンス素子に印加されている駆動用高周波電流との関係から出力としての電圧が得られる。この二点の出力電圧差を検出する。
このため、感知される被測定外部磁界が無い場合には、二点の出力電圧は同一電圧であるため、差はゼロであり、差動増幅後の出力は図6(b)に示す通り、ゼロとなる。
これに対し、図6(c),(d)は被測定外部磁界が存在する場合のバイアス印加時の動作説明図である。
図6(c)は、被測定外部磁界として、ΔHの正磁界が感知された場合の特性を示す模式図である。インピーダンス特性上に示されている白丸は、バイアスの正磁界と負磁界の最大値により得られるインピーダンスの値であり、外部磁界ΔHにより、黒丸の位置に移動する。この振動するバイアス磁界の正磁界側と負磁界側とで得られる二点の黒丸に対し、負磁界側黒丸に相当する電圧値から正磁界側黒丸に相当する電圧値を減じることで表わされる方向により電圧極性を定義する。
従って、得られる出力電圧差(差動出力)は、正電圧のΔVとなり、被測定外部磁界ΔHが感知された時、測定された差動増幅後の出力は、図6(d)に示す通り、差動増幅器の増幅率をAとすると、A×ΔVが得られる。
このように、磁気インピーダンス素子を従来のように交流バイアス駆動ではなく、図6(a),(c)に例示するような間欠的なパルスによるパルス駆動方式とすることで、従来の連続駆動のものより低消費電力化が可能である。
図5の具体例を図7に示す。これは、図4に示すものに対し第2保持手段10a,10b、差動増幅手段11bおよび分周手段12等を付加したものに相当するが、第2保持手段10a,10bはここではコンデンサのみから、差動増幅手段11bはオペアンプによる差動増幅器から、また、分周手段12はフリップフロップからそれぞれ構成している。
なお、図4,図7に示す発振手段3の代わりに、例えば図8のように制御信号E1がハイレベルのときだけ発振するもの(3a1)を用いれば、第1スイッチ4a,4b,4cと第2スイッチ7a,7b,7cのうちの各電源相に対応した1組がオンしたときのみ、第3スイッチ14bと発振手段3a1を信号E1でオンさせることにより、さらなる低消費電力化が可能となる。
以上、3相交流電源を用いる場合について説明したが、単相の場合は1相分のみ考えることで、容易に適用することができる。
図9はこの発明の第2の実施の形態を示す過負荷電流保安装置の構成図である。
図1では電力供給変圧器161,162は少なくとも2相分必要であったが、ここでは各相の一次巻線140,150を1つのコア145に施し、二次巻線146から電力を供給するようにして、コアを1つで済ませるようにした点が特徴である。具体的には例えば図10のように、トロイダルコア145aを用いて構成される。なお、一次巻線140,150の巻数比率は、二次巻線146から適正な電流レベルを供給できるよう、例えば1:2に選択される。一次巻線の巻数を各相間で異ならせるのは、同じ巻数だと欠相の検出ができなくなるためである。
制御電源部では、二次巻線146に整流ダイオード176を介して第1蓄電コンデンザ180が接続され、整流ダイオード176のアノード側と回路接地間には保護ダイオード177が接続され、第1蓄電コンデンサ180は電圧調整器19の正入力と回路接地の間に接続され、電圧調整器19の正出力と回路接地との間には第2蓄電コンデンサ181が接続されており、電圧調整器19から一定の電圧レベルVCCを出力する。
その他の部分は図1と同様なので、説明は省略する。
次に、以上の如く用いられる磁気センサ部の構造について、図11を参照して説明する。
同図において、111は薄膜状の磁気検出素子、115は磁気検出素子111の外側に形成された樹脂製のボビンで、インサート成形等で製作する。116は磁気検出素子111にバイアス磁界を印加するためのコイル、117は磁気検出素子111に負帰還磁界を印加するためのコイル、118は磁気検出素子111およびコイル116,117を環境から保護するための樹脂ケースで、これもインサート成形等で製作する。114は磁気検出素子111の両端に高周波電流を印加するための端子、およびコイル116,117に電流を印加するための端子である。このように構成される磁気センサ部を、符号120で示す。なお、ここでは磁気検出素子111に負帰還磁界を印加するためのコイルを設けた例を示したが、省略するようにしても良い。
図12に磁気センサ部の組み立てフロー例を示す。
まず、▲1▼に示すリードフレーム119の一組の端子間に、磁気検出素子111を▲2▼に示すように接合する。この接合方法としては半田付け,接着,ボンディング等がある。次に、▲3▼のように、磁気検出素子111を接合したリードフレーム119に、ボビン115を樹脂成形する。次いで、▲4▼のようにリードフレーム119をカットした後、バイアスコイル116と負帰還用コイル117を巻く。その上に、▲5▼のようにケース118を樹脂成形し、▲6▼のように端子114を折り曲げ加工して完成となる。
薄膜状の磁気検出素子は1mm角程度に製作可能なので、磁気センサ部120の外形をほぼ5mm角にすることができ、磁気検出素子111とコイル116,117との磁気抵抗を大幅に低減できる。
図13に磁気センサ部の実装例を示す。同図(a)は斜視図、同図(b)は上面図である。
図(a)のように、電流200を導く配線122を有する基板121上に磁気センサ部120を実装したもので、電流200により発生する同(b)の点線のような磁束に対する磁気センサ部120の配置により、磁気センサ部120の出力感度が決定されるので、磁気センサ部120の配置を考慮することで、電流200の大きさに応じた磁気センサ部120の出力感度調整が可能となる。
図14に磁気シールド構成例を示す。
これは、図11に示すものに磁気シールド123を付加したもので、その形状はここでは楕円形状であるが、電流200の大きさに応じて適正化することが望ましい。なお、121は基板、122は配線を示す。
図15に磁気検出装置の具体例を示す。
これは、図11のような磁気センサ部に検出回路部110を内蔵(一体化)した点が特徴である。こうすることで、センサ信号の高S/N化が可能となり、図6で説明したような自動校正時の各種補正データを磁気センサ素子毎に内蔵させることで、より高精度化できる。
産業上の利用の可能性
本発明は、上述のような過負荷電流保安装置だけでなく、導体を流れる電流の大きさを検出する電流検出装置一般、または検出した電流の大きさが予め定められたしきい値を越えたときに電流を遮断する遮断装置一般に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の第1の実施の形態を示す過負荷電流保安装置の構成図である。
図2は、磁気検出装置の概略構成図である。
図3aは、第1の磁気検出装置例を示すブロック図である。
図3bは、図3aの各スイッチの動作を示すタイムチャートである。
図3cは、発振手段の動作タイミング説明図である。
図3dは、図3aの変形例を示す部分構成図である。
図3eは、図3dの動作を示すタイムチャートである。
図4は、図3aの各構成要素を具体的に示す構成図である。
図5は、第2の磁気検出装置例を示すブロック図である。
図6は、正負バイアスの説明図である。
図7は、図5の各構成要素を具体的に示す構成図である。
図8は、発振手段の別の例を示す回路図である。
図9は、本発明の第2の実施の形態を示す過負荷電流保安装置の構成図である。
図10は、変圧器の具体例を示す構成図である。
図11は、磁気センサの具体例を示す斜視図である。
図12は、図11の磁気センサの製造過程説明図である。
図13は、図11の磁気センサの実装形態説明図である。
図14は、磁気シールド例の説明図である。
図15は、磁気検出装置の具体例を示す斜視図である。
図16は、磁気検出装置の従来例を示すブロック図である。
図17は、アモルファスワイヤの磁気インピーダンス特性説明図である。
Claims (11)
- 電源から負荷への電流供給を切り換える切換え器と、電源から負荷へ供給される電流を検出する電流検出器と、前記各構成機器に電力を供給する制御電源とを備え、過電流発生時に負荷に対する電力の供給を遮断する過負荷電流保安装置において、
前記電流検出器を、磁気インピーダンス効果を有し電源相対応に設けられる磁気検出素子と、1つの発振手段と磁気検出素子対応に設けられる第1スイッチを介して前記磁気検出素子にそれぞれ交流電流を印加する交流電流供給手段と、前記磁気検出素子にそれぞれ巻回されたバイアスコイルと第3スイッチとバイアス電流印加手段とからなり前記各バイアスコイルに前記第3スイッチを介して電流を供給するバイアス電流供給手段と、前記磁気検出素子対応に設けられそれぞれのインピーダンス変化を電圧に変換しその電圧のピークを通過させる検波手段と、この検波手段の各々に対応して設けられその出力を選択する第2スイッチと、選択された前記検波手段の出力を保持する保持手段と、この保持した電圧を増幅する増幅手段とから構成し、
前記第1〜第3スイッチの選択的動作により、各相毎に電流検出を可能にしたことを特徴とする過負荷電流保安装置。 - 電源から負荷への電流供給を切り換える切換え器と、電源から負荷へ供給される電流を検出する電流検出器と、前記各構成機器に電力を供給する制御電源とを備え、過電流発生時に負荷に対する電力の供給を遮断する過負荷電流保安装置において、
前記電流検出器を、磁気インピーダンス効果を有し電源相対応に設けられる磁気検出素子と、1つの発振手段と磁気検出素子対応に設けられる第1スイッチを介して前記磁気検出素子にそれぞれ交流電流を印加する交流電流供給手段と、前記磁気検出素子にそれぞれ巻回されたバイアスコイルとバイアス電流印加手段と第3スイッチを介して前記発振手段と接続されその出力を分周する分周手段とからなり前記各バイアスコイルに第1,第2のタイミングで極性の異なる電流をそれぞれ供給するバイアス電流供給手段と、前記磁気検出素子対応に設けられそれぞれのインピーダンス変化を電圧に変換しその電圧のピークを通過させる検波手段と、この検波手段の各々に対応して設けられその出力を選択する第2スイッチと、選択された前記検波手段の出力を保持する第1保持手段と、この保持した電圧を前記第1,第2のタイミングで選択する2つの第4スイッチと、この選択された2つの電圧を保持する2つの第2保持手段と、2つの第2保持手段の出力差を増幅する増幅手段とから構成し、
前記第1〜第4スイッチの選択的動作により、各相毎に電流検出を可能にしたことを特徴とする過負荷電流保安装置。 - 前記電源相に設けられる前記磁気検出素子のいずれか1つに対応する前記第1スイッチと前記第2スイッチが選択されたとき、前記第3スイッチを選択することを特徴とする請求の範囲第1項または第2項記載の過負荷電流保安装置。
- 前記発振手段を前記第3スイッチに同期させて動作させることを特徴とする請求の範囲第1項または第2項記載の過負荷電流保安装置。
- 前記制御電源を、一次巻線と二次巻線とを備え前記電源から負荷への電流供給線に結合された少なくとも2つの電力供給変圧器と、その二次側の電流を蓄電する蓄電器と、電圧調整器とから構成することを特徴とする請求の範囲第1項または第2項記載の過負荷電流保安装置。
- 前記制御電源を、少なくとも2つの一次巻線と1つの二次巻線とを備え前記電源から負荷への電流供給線に結合された電力供給変圧器と、その二次側の電流を蓄電する蓄電器と、電圧調整器とから構成することを特徴とするの請求の範囲第1項または第2項記載の過負荷電流保安装置。
- 前記少なくとも2つの一次巻線と1つの二次巻線とを1つの鉄心に巻くとともに、前記一次巻線の巻数を各相毎に異ならせることを特徴とする請求の範囲第6項記載の過負荷電流保安装置。
- 前記電力供給変圧器の2つの一次巻線の巻数比を1:2にすることを特徴とする請求の範囲第7項記載の過負荷電流保安装置。
- 前記磁気検出素子と、この磁気検出素子に交流電流を印加するための端子と、前記バイアスコイルおよびこれにバイアス電流を供給するための端子とを樹脂成形により一体化することを特徴とする請求の範囲第1項または第2項記載の過負荷電流保安装置。
- 前記磁気検出素子と、この磁気検出素子に交流電流を印加するための端子と、前記バイアスコイルおよびこれにバイアス電流を供給するための端子と、前記磁気検出素子の出力に比例した信号を出力する回路部とを樹脂成形により一体化することを特徴とする請求の範囲第1項または第2項記載の過負荷電流保安装置。
- 前記磁気検出素子として薄膜型のものを用いることを特徴とする請求の範囲第1項または第2項記載の過負荷電流保安装置。
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