JPH0440924B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はモータに使用される巻線保護安全装置
に関する。さらに詳しくは、モータが止つている
ときのモータの状態を検知し、モータの巻線を保
護するための装置に関する。 従来よりさまざまなタイプのモータ用安全装置
が特許文献で知られており、また市場に出回つて
いる。それらの装置の大多数のものは、モータの
作動中にモータの特性や状態を検知するものであ
る。しかしながらそのようなモータの作動中にの
み働く安全装置は、電流がモータの巻線に流れは
じめたときに生ずるモータの焼損を防止すること
ができない。そのような焼損は凝結や汚染による
絶縁抵抗の低下によりひき起される。そうした問
題は作業環境における相対湿度の差や風で運ばれ
てくるほこりの蓄積、温度変化などによりしばし
ば発生する。それらのことから汚染された環境あ
るいは変化の激しい環境のもとでは、モータの起
動時に生ずる焼損の原因となる絶縁抵抗の低下に
対し、モータを保護しなければならないことは容
易に理解されるであろう。 本発明の目的は小型で、容易にとりつけること
ができ、モータ駆動用の高電圧から受けるダメー
ジを防ぐような安全機能を有するモータ用巻線保
護安全装置を提供することにある。 しかして本発明の安全装置は、作動コイルに流
れる電流によりモータ巻線に接続されたモータス
イツチの断続を制御するモータスタータに接続さ
れるモータ用巻線保護安全装置であつて、電源に
接続される第１の１組の端子と、 前記モータスタータの作動コイルの一端と電源
端子とのあいだに第２のスイツチを介して直列に
接続される第２の１組の端子と、 前記作動コイルのエナジゼーシヨン
（energization）状態を検出する第３の１組の端
子と、 前記モータの少なくとも１本の巻線と接続され
る第４の端子と、 アース接続される第５の端子と、 前記モータの停止時に前記モータの巻線とアー
ス間の絶縁抵抗値をあらかじめ設定されているス
レシヨルド値と比較する検知手段と、 前記抵抗値が該スレシヨルド値より小さいばあ
いは第２のスイツチを遮断し、大きいばあいは第
２のスイツチを接続するスイツチ手段と、 第２のスイツチが接続され作動コイルがエナジ
ゼーシヨン状態になつたとき励磁される第３の１
組の端子に接続されたリレーと、 (a) 第４の端子に接続され前記リレーにより作動
する第１のスイツチからなる前記モータ巻線か
らの高電圧を遮断する手段、または (b) 前記リレーにより作動する第１のスイツチで
前記検知手段の動作を停止すると共に第４の端
子に接続されたダイオードからなる前記モータ
巻線からの高電圧を遮断する手段 とからなるものである。 本発明の好ましい実施態様としては、たとえば
前記検知手段が演算増幅器を有するもの、前記モ
ータが交流モータであり、かつモータスタータか
ら受けとつた制御電流を前記検知手段に送るため
に直流に交換する整流手段を有するもの、 前記抵抗値が前記スレシヨルド値より小さいばあ
いに可視信号を発する手段を有するもの、前記検
知手段、スイツチ手段および遮断手段がコンパク
トな端子箱内に配設されてなるもの、前記端子箱
に低い絶縁抵抗値を表示する警告燈が設けられて
なるもの、 前記端子箱が、モータ制御箱にとりつけうるよ
うに直角の側部取りつけバーと後部取りつけ部を
有するもの、 モータ制御箱への端子箱の取りつけを側部でま
たは後部で行なうことができるように、端子箱の
後部と係合可能な取りつけバーを有してなるも
の、 前記検知手段が通常の過負荷保護ブロツク内に
組み込まれてなるもの、 前記検知手段と少なくとも１つのモータ巻線の
間に大きな抵抗が接続されている高電圧時の操作
に適するものなどがあげられる。 つぎに図面に基づいて本発明の安全装置を説明
する。 第１図は本発明の安全装置、モータおよびモー
タスタータの電気的な相互関係を示す概略回路
図、第２図は本発明の安全装置における検知回路
の一実施例であり、交流モータ用検知回路の概略
回路図、第３図は本発明の安全装置にかかわる検
知回路の実施例であり、直流モータ用検知装置の
実施例の概略回路図、第４Ａ〜４Ｂ図はそれぞれ
本発明の安全装置の異なる実施例の要部斜視図、
第５図は本発明の安全装置の一部を構成する検知
回路でとくに高電圧交流モータに適する実施例の
概略回路図である。 第１〜２図に示される実施例において、第１図
は本発明の安全装置とモータおよびモータスター
タの関係を示しており、第２図は検知手段を示し
ている。 以下、さまざまな結線の説明を簡単にするため
に、各実施例の図面において同じ符号で示される
端子は、すべて同じ端子を示すものとする。端子
符号の順序については特別な意味はない。 第１の１組の端子である端子１と端子２は電源
１０に接続されており、モータに組合わされてい
るモータスタータがいかなるタイプのものであつ
たとしても、制御電流は通常スタータの作動コイ
ル３０を通されている。端子１と２に印加される
制御電圧は、たとえば110〜440Vという適当な電
圧でよい。端子１と２はトランスTR１の１次側
巻線に接続されている。トランスTR１の２次側
は整流器１２に接続され、整流器１２の出力は安
全装置の他の部分に12ボルト直流電流を与える。 一般的に、本発明の安全装置は監視しようとす
るモータ１４の１つの巻線とアースとの間に絶縁
抵抗値を測定するための装置を含んでいるもので
あると理解することができる。 この実施例では、Ｒ，Ｓ，Ｔで示されるそれぞ
れの位相の端子に接続されている巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ
をもつ三相交流モータに適用した例を示す。 本発明の装置は必ずしも三相交流モータ用のみ
に限定されるわけではなく、どんなタイプのモー
タにも好適に採用されうる。 個々の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは電気的に相互に接続さ
れているので、それらの絶縁抵抗値の測定はいず
れか１つに対して行なえばよいが、２つ以上の巻
線に対して行なつてもよい。第１図に示す実施例
では、第４の端子３は巻線Ｕに接続され、第５の
端子６はアースと接続されている。 演算増幅器２０としてはたとえばRCA社製の
Model CA 3094Eがあげられるが、それのみに
限られるものではない。増幅器２０はアースに対
する巻線の絶縁抵抗値をあらかじめ決められたス
レシヨルド抵抗値と比較するための比較器として
働く。増幅器の入力端子ａは、抵抗Ｒ４とリレー
で制御されている第１のスイツチRLS１を経て、
巻線に接続している第４の端子３に接続されてい
る。負の入力端子ｂは、抵抗Ｒ６を経て接合点２
２に結合している。接合点２２は、抵抗Ｒ９を経
てアースに接続されている。 整流器１２の１つの出力端子と接続している接
合点２４は、コンデンサＣ１を経て整流器の第２
の出力端子に接続されており、また接合点２４は
抵抗Ｒ１を経て母線２６に接続されている。ゼナ
ーダイオードＤ１はアースと母線２６の間に入れ
られている。またコンデンサＣ１と整流器の第２
の出力端子間の接合点はアースされている。抵抗
Ｒ３は抵抗Ｒ４と第１のスイツチRLS１の間の
接合点と母線２６とを接続しており、コンデンサ
Ｃ２は母線２６と演算増幅器の入力端子ａとの間
に入れられている。また母線２６は直接演算増幅
器２０の端子ｇに接続されており、さらに抵抗Ｒ
５を経て演算増幅器２０の端子ｆにも接続されて
いる。 母線２６は抵抗Ｒ２を経て接合点２２と連結し
ている。抵抗Ｒ２の値は安全装置の絶縁抵抗スレ
シヨルド値を決める。つぎに、抵抗Ｒ２の抵抗値
と、第４の端子３とアース間の絶縁抵抗スレシヨ
ルド値とを対応させて示す。 スレシヨルド値（KΩ） Ｒ２（KΩ） 1010 91 800 120 650 150 500 200 285 360 210 510 これらの値は、第２図に示される回路における
単なる例示的なものでしかない。他の実施例にお
いてもそうした対応する数値関係は、経験的にた
やすく決めることができる。 接合点２４は、発光ダイオードＤ２と直列に連
結され、ついで互いに並列に組まれたダイオード
Ｄ３とリレーRL２を経て演算増幅器２０の端子
ｄへ接続されている。演算増幅器２０の端子ｃは
アースされており、端子ｅは抵抗Ｒ８を経てアー
スされると共に抵抗Ｒ７を経て増幅器の端子ｂに
接続されている。 本発明の特徴の１つは、従来のモータスタータ
にたやすく連結することができ、もともとその中
に含まれている作動要素を使用することができ、
したがつてスイツチや他の構成要素を付加しなく
てもよいという点にある。 モータスタータの一部を構成している作動コイ
ル３０は、端子Ｒ，Ｓ，Ｔでの三相主電源とそれ
ぞれのモータ巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの関係を制御し、か
つモータスタータの一部を形成しているスイツチ
３２を操作する。コイル３０は通常、電源１０か
ら直列に接続された始動スイツチ３１、停止スイ
ツチ３３、過負荷スイツチ３５をそれぞれ経て励
磁される。 本発明の特徴の１つは、電源１０と直列に接続
されているコイル３０との間に第２のスイツチ
RLS２を設けることにある。第２のスイツチ
RLS２は、検知された巻線の絶縁抵抗値に応じ
てコイル３０およびスイツチ３２の動作を制御す
ることができる直列スイツチであり、第２の１組
の端子７，８間に設けられている。 本発明の別の特徴は、第３の１組の端子４，５
がコイル３０を経て連結されているということに
ある。ダイオードＤ４と抵抗Ｒ１０，Ｒ１１と第
１のスイツチRLS１を作動せしめるリレーRL１
は、第３の１組の端子４，５間に直列に接続され
ている。そうすることによつて、モータの検知さ
れたエナジゼーシヨンに応じて第１のスイツチ
RLS１を作動せしめる。 なお、本発明の他の実施例によれば、巻線の絶
縁抵抗の検知された値が小さいとき、発光ダイオ
ードＤ２の発光によつて表示することもできる。 つぎに本発明の装置に用いる各素子の好ましい
規格を示すが、それらのみに限られるものではな
い。 Ｄ１：Ｚ 12 IN 4742 Ｄ２：LED LSM−Ｌ−Ａ Ｄ３：IN 4004 Ｄ４：IN 4007 整流器１２：WO ２ GI Ｃ１：100F／25V Ｃ２：0.22F／100V Ｒ１：200Ω Ｒ３ Ｒ４ Ｒ７ Ｒ９470KΩ Ｒ８：51Ω Ｒ５＋Ｒ２ Ｒ６：33KΩ RL１：RS 75001 （Kaco、西ドイツ） RL２：FTA 0012405（Feme、イタリア） 抵抗Ｒ１０とＲ１１の値は電源１０からの入力
電圧によつて変わり、入力電圧が110Vのとき抵
抗Ｒ１０、Ｒ１１は不要である。入力電圧が
220Vのときでは、抵抗Ｒ１０は27KΩであり、Ｒ
１１は不要である。入力電圧が440Vのときは、
抵抗Ｒ１０が27KΩで、抵抗Ｒ１１が27KΩであ
る。 本発明の実施例において、端子１０と端子１１
は外部の記録装置、制御器または警報器に接続さ
れている。そのようなばあい、２つの端子のうち
の１つまたは両方が接合点２４に接続されてい
る。 つぎに、以上に説明された実施例の作動機構を
簡単に説明する。モニタされているモータが停止
している間、モータの巻線とアースとの間の絶縁
抵抗値は抵抗Ｒ２に与えられている値によつてあ
らかじめ決められた設定値と絶えず比較される。
測定抵抗値が設定値より下がると、発光ダイオー
ドＤ２が作動し、リレーRL２が第２の１組の端
子７，８の接続を遮断してコイル３０を励磁せず
モータのブレイカースイツチ３２を開いたままに
しておく。それによつてモータの作動を不可能に
する。モータはリレーRL２と第２のスイツチ
RLS２が励磁されないときのみ、すなわち巻線
の絶縁抵抗値があらかじめ決められたスレシヨル
ド値以上に復帰したときのみ作動する。 一方、モータの作動はリレーRL１を操作する
コイル３０に電圧を誘導し、第１のスイツチ
RLS１を開き、モータが作動している間モータ
の巻線に印加される高電圧を遮断し、検知回路を
保護する。この遮断は検知回路の機能を停止せし
めると共に印加される高電圧によつて生じうるダ
メージから検知回路を保護することを目的として
いる。 第３図に直流モータをモニタするための検知回
路を示す。該検知回路は第２図で示されたものと
殆んど同じである。説明を簡単にするために、第
１〜２図で用いた端子符号を使用する。さらに第
２図に示されている回路と異なる部分のみをとく
に説明する。他の部分については第２図に示され
ている実施例と同じである。 第１の１組の端子１，２は、第２図に示す実施
例とは異なり、トランスを経由するかわりに直接
整流器１２の入力端子に接続されている。すなわ
ち、トランスは使用されない。２つの抵抗Ｒ１２
とＲ１３が追加されており、それらは整流器の１
つの出力端子と接合点２４との間に直列に接続さ
れている。追加抵抗Ｒ１４は母線２６と演算増幅
器２０の端子ｇとの間に接続されている。並列に
つながれているリレーRL２とダイオードＤ３は、
第２図に示す実施例では演算増幅器の端子ｄに接
続されていたが、この実施例ではトランジスタＴ
１のコレクタに接続されている。トランジスタＴ
１のエミツタはアースされていて、ベースは演算
増幅器２０の端子ｅに接続されている。 ダイオードＤ５は、第２図に示す第１のスイツ
チRLS１の位置で第４の端子３と抵抗Ｒ４の間
に直列に接続されている。ダイオードＤ５は巻線
から検知回路に直流電流が流れないようにするた
めに設けられている。スイツチRLS１は２接点
スイツチである。該２接点スイツチの第１の接点
は抵抗Ｒ１３と接合点２４の間の関係を支配し、
第２の接点は整流器１２の第２の出力端子とアー
スとの間の関係を支配する。このようにモータの
検知されたエナジゼーシヨンに応じたリレーRL
１の動作により、検知回路の残りの部分を高電圧
源から保護する。この直流回路の実施例におい
て、整流器１２は入力の極性に関係なく均一の所
望の極性の出力を供給する機能を果す。 この実施例の回路の他の部分は、第２図に示す
実施例と同じである。 第３図に示す実施例の回路は、第１の１組の端
子である端子１と端子２間が比較的高い供給電圧
であるばあいの操作に用いられる。 つぎに第３図に示す実施例で用いる各素子の好
ましい規格をあげるが、それらのみに限定される
ものではない。なお、つぎに示されていない素子
は第２図に示す実施例におけるものと同じもので
ある。 Ｃ１：10F／350V Ｒ１：68KΩ Ｒ１４：1.5KΩ Ｒ６：33KΩ RL１ RL２RS 28001（Kaco、西ドイツ） Ｒ１０ Ｒ１１ Ｒ１２ Ｒ１３6.8KΩ／1w 第４Ａ図および第４Ｂ図は本発明の安全装置お
よびその据えつけ装置を示す。本発明の特徴の１
つは検知回路が、きわめてコンパクトなものであ
るということである。本発明においては、検知回
路が大きなモータに通常組合わされている一般的
な過負荷保護装置を内部に含んでいるといつてよ
い。 前記実施例では、第４Ａ図と第４Ｂ図に示され
るように、検知回路は長さ約11cm、幅約９cm、厚
さ約２cmのコンパクトな端子箱８０の中に設けら
れている。該端子箱は一般に高耐衝撃性で可塑性
のプラスチツクで形成されており、その後部にバ
イオネツト（bayonet）型の連結部８２を有して
いる。端子箱の前部に連結端子８４と警告燈８６
が設けられている。該警告燈８６は前記実施例に
おいて用いられている発光ダイオードLEDまた
は低い巻線絶縁抵抗値を表示するための外部警告
燈である。 モータ制御箱の後部壁に取りつけ孔を穿孔して
ユニツト化するのは、かなり困難である。本発明
においては、側部取りつけバー８８が設けられて
いる。該バー８８は開口９２が形成されている後
部９０と、該後部９０と直角をなしておりかつそ
の中に取りつけスロツト９６を有する側部９４か
らなる。すなわち側部で取りつける方が好ましい
ばあい、モータ制御箱の側壁に取りつけ孔を穿孔
し、それと取りつけスロツト９６とをネジで固定
すればよい。また後部でとりつけるばあいは、側
部９４を取りはずせばよい。 第５図に2000V以上の高電圧で操作される交流
モータに好適に適用される本発明の安全装置の実
施例を示す。従来、そのような高電圧のモータに
用いられる安全装置は知られておらず、本発明に
より初めて開発されたものである。 第５図に示す実施例の回路は第２図に示す回路
とある程度類似しており、同じ符号が付されてい
る個所は同じものを示し、それらについての説明
はここでは省略する。 第２図に示す実施例との大きな違いは、モータ
の３つの巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと端子３との間にそれぞ
れ１個の同じ抵抗１００が設けられている点であ
る。これらの３個の抵抗１００の抵抗値は、一般
に線間に2400Vかそれ以上の高電圧がかかつてい
るモータから検知回路を保護するに充分な電圧降
下を与えうるように選ばれる。 第５図に示す実施例の別の特徴は、モータスタ
ータのコイル３０に接続されている第３の１組の
端子４，５の間に段階的に電圧を下げるトランス
TR２が設けられていることである。このトラン
スTR２の２次側は整流ブリツジ回路１０２に接
続されており、該ブリツジ回路１０２の整流され
た出力はリレーRL１に送られる。該リレーとし
ては、リードリレーが代表的に用いられる。コン
デンサＣ１に代えて母線２６とアースとの間にコ
ンデンサＫ１を入れている。 第５図に示す実施例で用いる各素子の2400Vで
操作するときの好ましい規格または数値はつぎの
とおりである。 RLS１：制御電圧にしたがつたリレーおよび回
路（マグネクラフト社製のRA3090型、HV102
型およびV102型の高電圧リードリレー） RLS２：直流23.6Vでの平常測定抵抗が678Ωのリ
レー、Kaco Ｋ１：100μFの電解コンデンサ ｃ２：470μFの高質コンデンサ TR１ TR２BVE1 30−Y7A T40／Ｅ 220／24V 50／60Hz 1.8VAのトランス ｎ１１２：最小必要量PIV100V、100mAのブリ
ツジ整流器 Ｄ４：18V、５％、1Wのゼナーダイオード Ｄ２：LED（他のユニツトと同じLSM 6L−Ａ） Ｄ３：１ Ｎ 4004 ｐ１２０：演算増幅器（CA 3094（RCA社製）ま
たはTCA 315AもしくはTCS 335A（ジーメン
ス社製）） ｒ１：330 OHM 1W ｒ２：200 Ｋ OHM １％ ｒ３：3.4 Ｍ OHM １％ ｒ４：１ Ｍ OHM ｒ５：220 Ｋ OHM ｒ６：33 Ｋ OHM ｒ７：470 Ｋ OHM １％ ｒ８：56 OHM ｒ９：390 Ｋ OHM １％ ｒ ext １００：３ Ｘ １ MOHM ２％
（20℃における連続操作電圧2000Vrms） なお、さらに高い電圧で操作するときには抵抗
ｒ ext １００の抵抗値は高くしなければなら
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の安全装置、モータおよびモー
タスタータの電気的な相互関係を示す概略回路
図、第２図は本発明の安全装置における検知回路
の一実施例であり、交流モータ用検知回路の概略
回路図、第３図は本発明の安全装置にかかわる検
知回路の実施例であり、直流モータ用検知装置の
実施例の概略回路図、第４Ａ〜４Ｂ図はそれぞれ
本発明の安全装置の異なる実施例の要部斜視図、
第５図は本発明の安全装置の一部を構成する検知
回路でとくに高電圧交流モータに適する実施例の
概略回路図である。 （図面の主要符号）、１２：整流器、１４：モ
ータ、２０：演算増幅器、３０：モータスタータ
のコイル、８０：端子箱、８６：警告燈、８８：
取りつけバー、Ｕ，Ｖ，Ｗ：モータの巻線、Ｄ
１，Ｄ２，Ｄ３：ダイオード、RL１，RL２：リ
レー、RLS１，RLS２：スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 作動コイルに流れる電流によりモータ巻線に
   接続されたモータスイツチの断続を制御するモー
   タスタータに接続されるモータ用巻線保護安全装
   置であつて、 電源に接続される第１の１組の端子と、 前記モータスタータの作動コイルの一端と電源
   端子とのあいだに第２のスイツチを介して直列に
   接続される第２の１組の端子と、 前記作動コイルのエナジゼーシヨン状態を検出
   する第３の１組の端子と、 前記モータの少なくとも１本の巻線と接続され
   る第４の端子と、 アース接続される第５の端子と、 前記モータの停止時に前記モータの巻線とアー
   ス間の絶縁抵抗値をあらかじめ設定されているス
   レシヨルド値と比較する検知手段と、 前記抵抗値が該スレシヨルド値より小さいばあ
   いは第２のスイツチを遮断し、大きいばあいは第
   ２のスイツチを接続するスイツチ手段と、 第２のスイツチが接続され作動コイルがエナジ
   ゼーシヨン状態になつたとき励磁される第３の１
   組の端子に接続されたリレーと、 (a) 第４の端子に接続され前記リレーにより作動
   する第１のスイツチからなる前記モータ巻線か
   らの高電圧を遮断する手段、または (b) 前記リレーにより作動する第１のスイツチで
   前記検知手段の動作を停止すると共に第４の端
   子に接続されたダイオードからなる前記モータ
   巻線からの高電圧を遮断する手段 とからなることを特徴とするモータ用巻線保護安
   全装置。 ２ 前記検知手段が演算増幅器を有してなる特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記モータが交流モータであり、かつモータ
   スタータから受けとつた制御電流を前記検知手段
   に送るために直流に変換する整流手段を有してな
   る特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 前記抵抗値が前記スレシヨルド値より小さい
   ばあいに可視信号を発する手段を有してなる特許
   請求の範囲第１項記載の装置。 ５ 前記検知手段、スイツチ手段および遮断手段
   がコンパクトな端子箱内に配設されてなる特許請
   求の範囲第１項記載の装置。 ６ 前記端子箱に低い絶縁抵抗値を表示する警告
   燈が設けられてなる特許請求の範囲第５項記載の
   装置。 ７ 前記端子箱が、モータ制御箱に取りつけうる
   ように直角の側部取りつけバーと後部取りつけ部
   を有してなる特許請求の範囲第５項記載の装置。 ８ モータ制御箱への端子箱の取りつけを側部で
   または後部で行なうことができるように、端子箱
   の後部と係合可能な取りつけバーを有してなる特
   許請求の範囲第５項記載の装置。 ９ 前記検知手段が通常の過負荷保護ブロツク内
   に組み込まれてなる特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 １０ 前記検知手段と少なくとも１つのモータ巻
   線の間に大きな抵抗が接続されている高電圧時の
   操作に適する特許請求の範囲第１項記載の装置。