JPH0499935A - 過熱検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば、電気機器の高電圧部の異常過熱を
非接触で検出する装置に関する。

〔従来の技術〕

電気機器の高電圧部の温度監視は絶縁上の問題から非接
触で検出する必要がある。そのため従来は、温度計測の
センサとして広く使われている熱電対やサーミスタを高
電圧部から絶縁距離を介した個所に設置し、間接的に高
電圧部の過熱検出が行われている。

また、非接触センサとして赤外線温度計が知られている
。このセンサは被測定物体がその温度に応じて放出する
熱放射を赤外線検出器で検出し、熱放射エネルギーが最
大となる波長から被測定物体の温度を求めるようにした
ものである。しかし、その熱放射のエネルギー分布はそ
の被測定物体の表面状態、形状、材質などによっても異
なるため、赤外線温度計は同一温度の黒体の熱放射エネ
ルギーと比較し補正を行う必要がある。

さらに、その他の非接触センサとして被測定物体が過熱
したときに形状の変化する形状記憶合金を用いて検出す
る方法が知られている。これは、発光被測定物体の表面
に形状記憶合金が配され、被測定物体が所定の温度を超
えたときに変形し発光器から受光器へ進む光通路が遮光
されるように構成されたものであり、受光器への入射光
の有無によって過熱を検出する装置である。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、前述したような従来の装置は過熱検出の
温度に大きな誤差が含まれていたり、或いはまた過熱検
出の不可能な個所が多いなどの欠点があった。

熱電対やサーミスタなどによる測定は間接測定なので、
介在する絶縁材料の熱伝導や対流によって検出温度が著
しく異なり、被測定物体が所定の温度を超えたことを検
出するにはその誤差が大きすぎる。

一方、赤外線温度計も前述のように被測定物体によって
熱放射のエネルギー分布が異なるために校正しない限り
温度の検出誤差は大きい。そして電気機器においては、
この校正作業は実際には大変やっかいなことであり、は
とんど実施不可能であった。すなわち、被測定物体とし
ては、材料。

形状１表面状態など種々雑多の場合が存在し、それぞれ
について過熱検出温度まで上昇させる校正試験をあらか
じめ電気機器の形式器によって実施する必要がある。し
かもこの校正試験は、検出したい過熱温度にまで温度を
上げる必要があるので実製品について実施することはで
きない。そのために、製品の構成や材料が変更されれば
、またその形式器による校正試験が必要となるという大
変やっかいなものである。したがって、従来、赤外線温
度計は過熱検出装置としてはほとんど普及していなかっ
た。

さらに、形状記憶合金の遮光方式による過熱検出装置は
、被測定物体の表面を接して通過する光通路を形成させ
る必要があり、周囲の構成部品が光通路の邪魔をするよ
うな個所には設置不可能であるとともに被測定物体が絶
縁油で絶縁されている場合は、その絶縁油が茶褐色を呈
しているので光の透過性が悪く使用不可能であり、遮光
方式の過熱検出装置もあまり普及はしていなかった。

この発明の目的は、非接触による過熱検出装置として過
熱検出温度の誤差が少なく、かつより多くの個所に適用
することのできる装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、被測定
物体が所定の温度を超え過熱したことを非接触で検出し
報知するものであって、被測定物体に固着され所定のキ
ュリー温度を備えた強磁性体と、この強磁性体を介して
両極が接続された永久磁石と、この永久磁石と絶縁距離
を介して配され前記永久磁石の発生する磁束を受けたと
きに電気信号を出力する磁気センサと、この磁気センサ
の出力信号を受け前記被測定物体が過熱したことを報知
する報知器とにより構成されてなるものとする。または
被測定物体が所定の温度を超え過熱したことを非接触で
検出し報知するものであって、被測定物体に固着され所
定のキュリー温度を備えた強磁性体と、この強磁性体と
は絶縁距離を介して配され前記強磁性体と交差する磁束
を発生させる検出コイルと、この検出コイルを励磁する
とともに前記検出コイルのインピーダンスが低下したと
きに電気信号を出力する検出回路と、この検出回路の出
力信号を受け前記被測定物体が過熱したことを報知する
報知器とにより構成されてなるものとする。さらに上述
の構成において、強磁性体がＦｅ、　Ｃｏを含むＮｉ基
アモルファス磁性合金、　ＭｎＺｎ系フェライト、或い
はＮｉ　−Ｚｎ系フェライトのいずれかであるものとす
る。

〔作用〕

この発明の構成によれば、被測定物体に所定のキュリー
温度を備えた強磁性体を固着させ、この強磁性体を介し
て両極が接続されるように構成された永久磁石を配し、
この永久磁石の発生する磁束を受けたときに電気信号を
出力する磁気センサを永久磁石とは絶縁距離を介して配
し、この磁気センサの出力信号を受け被測定物体が過熱
したことを報知する報知器とを備えたことにより、強磁
性体のキュリー温度を被測定物体の過熱検出温度に選ん
でおけば被測定物体が過熱したときに強磁性体はキュリ
ー温度においてその強磁性を消失し常磁性となるので、
過熱前までは永久磁石から発生し強磁性体だけに集束さ
れていた磁束が広がり、磁気センサがこの磁束を受ける
ようになるので、磁気センサは電気信号を出力し、この
磁気センサの出力信号によって報知器は被測定物体が過
熱したことを報知する。

さらに、被測定物体に所定のキュリー温度を備えた強磁
性体を固着させ、この強磁性体と交差する磁束を発生さ
せる検出コイルを強磁性体とは絶縁距離を介して配し、
この検出コイルを励磁するとともに検出コイルのインピ
ーダンスが変化したときに電気信号を出力する検出回路
とこの検出回路の出力信号を受け被測定物体が過熱した
ことを報知する報知器を備えたことにより、強磁性体の
キュリー温度を被測定物体の過熱検出温度に選んでおけ
ば被測定物体が過熱したときに強磁性体はその強磁性を
消失し常磁性となるので、検出コイルのインピーダンス
が急変して小さくなり検出回路は電気信号を出力し、こ
の検出回路の出力信号によって報知器は被測定物体が過
熱したことを報知する。

上記の構成において、強磁性体をＦｅ、　Ｃｏを含むＮ
ｉ基アモルファス磁性合金とすることにより、Ｆｅ、　
Ｇｏ＋　Ｎｉの含有量を調整してキュリー温度を０℃か
ら、５００℃前後にまで変えることができるので、温度
の検出誤差が少なくなるとともに過熱検出温度も選択す
ることができる。さらに、強磁性体をＭｎ−Ｚｎ系フェ
ライト或いはＮｉ−Ｚｎ系フェライトとすることにより
、Ｚｎフェライトの含有量を調整してキュリー温度をそ
れぞれ１００℃から２５０℃あるいは０℃から６００℃
前後にまで変えることができるので、温度の検出誤差が
少なくなるとともに過熱検出の温度も任意に選択するこ
とができる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明の実施例にかかる過熱検出装置の電気
回路を含めた斜視図であり、被測定物体１に強磁性体２
が固着され、この強磁性体２を介してＮ極、Ｓ極の両極
が接続されるように強磁性体２の凹部に永久磁石３が嵌
挿され、この永久磁石３とは絶縁距離ｄを介して配され
図示されていない支持装置によって支持されたリードス
イッチ４とこのリードスイッチ４に直列に接続された直
流電源５とにより磁気センサ６が形成され、リードスイ
ッチ４ガ投入されたときに発生する出力信号６Ａを報知
器７が受け被測定物体１が過熱したことを報知する構成
となっている。

リードスイッチ４は、接点部が不活性ガスとともにガラ
ス管内に封入され周囲に磁界が発生した場合に接点部が
その磁界によって閉路されるように形成されたものであ
り一般に市販されている。

報知器７は例えば警報ブザ−、警報ランプ、過熱表示器
などのことを指している。

第１図において、強磁性体２はそのキュリー温度Ｔ。（
強磁性が常磁性に変わる臨界の温度をいう）を被測定物
体１の過熱検出装置に選んでおく。

被測定物体１がキュリー温度’ｒｃに達する前までは永
久磁石３から発生する磁束はほとんど強磁性体２にのみ
集束されリードスイッチ４の周囲には磁界を形成しない
。被測定物体１がキュリー温度Ｔｃにまで過熱されると
、強磁性体２はその強磁性を消失するので磁束が永久磁
石３の周囲に広がり、絶縁距離ｄを介して配されていた
リードスイッチ４が磁束を受けるようになるので、リー
ドスイッチ４の接点部が閉路され直情型ｔ１．５の電圧
がリードスイッチ４を介して出力信号６Ｓとなり報知器
７が被測定物体１の過熱したことを報知する。

永久磁石３の形状は第１図では直方体となっているが、
円筒状あるいはＵ字状でもよく、両極が強磁性体２を介
して接続されるとともに、リードスイッチ周囲に磁界を
形成することが可能ならばその形状は任意である。また
、強磁性体２の形状も永久磁石３の磁束を集束させるこ
とができればよいので、永久磁石３を埋設するような構
成としてもよい。

第１図の実施例における磁気センサ６はリードスイッチ
４によって形成されていたが、リードスイッチ４の代わ
りにホール素子或いは磁気抵抗素子で形成することもで
きる。すなわち、ホール素子は磁界を受けるとその磁界
に比例したホール電圧を発生するので、磁気センサが磁
界を受けるホール素子と、このホール素子に電流を流す
電源と、ホール電圧を増幅し報知器への電気信号を出力
する増幅器とを備えることによって過熱検出装置を構成
することができる。また、磁気抵抗素子には半導体のも
の　（ＩｎＳｂなど）や強磁性体のもの　（Ｎｉ／Ｇｏ
系合金など）とがあるが、いずれも磁界を受けることに
よってその抵抗値が変化するので、磁気センサが磁界を
受ける磁気抵抗素子と、この磁気抵抗素子に電流を流す
電源と、この磁気抵抗素子の端子電圧を増幅し報知器へ
の電気信号を出力する増幅器とを備えることによって過
熱検出装置を構成することができる。上記のような磁気
センサ６は大気中のみならず、絶縁ガス中や絶縁油中で
も磁束をうけることができるのでガス絶縁機器や油入絶
縁機器の過熱検出装置にも適用できる。

第２図はこの発明の実施例にががる（Ｆｅ、　Ｃｏ。

Ｎｉ）・５ｉ−Ｂアモルファス磁性合金のキュリー温度
を示す３元状態図であり、Ｆｅ、　Ｇｏ＋　Ｎｉの各組
成において特性曲線８Ａ、　８Ｂ、　８Ｇはキュリー温
度ＴＣがそれぞれ０℃、２００℃、５００℃となる場合
を結んだものである　（第２図の出典は、猪俣浩一部著
「アモルファス合金リボンとセンサ応用」、センサー技
術、Ｖｏｌ、７．　Ｎｏ、１．１９８７年１株式会社情
報調査会発行、ｐ、　１１’ｌ　＋　による） 第２図より、Ｆｅ、　ＣＯＩ　Ｎｌの組成比を互いに調
整することにより、キュリー温度Ｔ、を０℃から５００
℃にまで変化させることができる。その他の磁性材料、
例えば鉄のキュリー温度は７８０℃、パーマロイのそれ
は４６０℃である。電気機器において過熱検出をしたい
温度はその耐熱仕様によって種々異なるので、上記のＦ
ｅ＋　Ｃｏを含むＮｉ基アモルファス磁性合金は過熱検
出温度を任意に選択できるので最適である。

第３図はこの発明の実施例にかかるＭｎ　−Ｚｎ系フェ
ライトの比透磁率を示す特性線図であり、横軸に温度、
縦軸に初期の比透磁率を目盛り、特性曲線９Ａないし９
ＥはＺｎフェライトの含有量δ　（モル％）を０．５％
ないし０．１％にそれぞれ変えた場合の特性であり、１
００℃を超え比透磁率が急激に低下する温度がキュリー
温度Ｔｃに対応する　（第３図の出典は、未踏加工技術
協会線「新時代の磁性材料」。

１９８１年６月５日１株式会社工業調査会発行、　ｐ、
１１９゜による） 第３図において、例えば、δが０．３モル％の場合のキ
ュリー温度Ｔｃは特性曲線９Ｃより　２００℃である。

このように、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトにおいてＺｎフェ
ライトの含有量δを調整することにより、キュリー温度
Ｔｃを１００℃から２５０°Ｃ程度にまで変化させるこ
とができる。

第４図はこの発明の実施例にかかるＮｉ−Ｚｎ系フェラ
イトの比透磁率を示す特性線図であり、横軸に温度、縦
軸に初期の比透磁率を目盛り、特性曲線１０ＡないしＩ
ＯＦはＺｎフェライトの含有量δ　（モル％）を０．７
％ないし０％にそれぞれ変えた場合の特性であり、第３
図と同様に比透磁率が急激に低下する温度がキュリー温
度Ｔｃに対応する（第４図の出典は、第３図のそれと同
じであり、そのｐ、１２３による） このようにＮｉ　−Ｚｎ系フェライトにおいてもＺｎフ
ェライトの含有量を調整することにより、キュリー温度
Ｔｃを０℃から６００℃程度にまで変化させることがで
きる。

第５図はこの発明を真空バルブの過熱検出装置として適
用した構成を示す断面図であり、真空バルブが絶縁タン
ク１１八と真空封止金具１１Ｂ、　ＩＩＧよりなる真空
タンク１１内に固定接触子１２Ａと可動接触子１２Ｂと
からなる主接点１２を備え、固定接触子１２Ａおよび可
動接触子１２Ｂとそれぞれ導電接続されるとともに真空
タンク１１の外部に引き出された固定端子１３Ａおよび
可動端子１３Ｂを備え、この固定端子１３Ａおよび可動
端子１３Ｂのそれぞれの表面に第１図と同様な強磁性体
２および永久磁石３を固着させ、絶縁距離を介して磁気
センサとなるリードスイッチ４を配した構成となってい
る。なお、第５図において、直流電源および報知器は第
１図と同様なので省略しである。

真空バルブは真空漏れが起こると、主接点１２が酸化し
接触抵抗が増加して異常発熱に至るので、この主接点１
２の過熱を検出することにより真空漏れの早期発見が可
能になる。主接点１２の熱は、真空バルブの外側へは主
接点１２と直接的に接続されている固定端子１３Ａ或い
は可動端子１３Ｂが最も伝わりやすいので、強磁性体２
を固定端子１３Ａあるいは可動端子１３Ｂの真空タンク
１１外側の表面に固着させるのが最も検出感度がよい。

第５図においては、強磁性体２が２個所に配されている
が、固定端子１３６或いは可動端子１３Ｂのいずれか一
方の表面に強磁性体２を配する構成としてもよい。

第６図はこの発明の異なる実施例にかかる過熱装置の電
気回路を含めた斜視図であり、被測定物体１に強磁性体
１４が固着され、この強磁性体１４とは絶縁距離ｄを介
して図示されていない支持装置によって支持された検出
コイル１５が配され、この検出コイル１５に検出回路１
６が接続され、この検出回路１６の出力信号１６５を報
知器１７が受け被測定物体１が過熱したことを報知する
構成となっている。

検出コイル１５は励磁されることによって周囲に磁束を
発生させ、その磁束が絶縁距離ｄを介して強磁性体と交
差するように形成されてあり、検出回路１６は検出コイ
ル１５を励磁する電源を備えるとともに、検出コイル１
５と接続されることによって形成される発振回路を備え
、検出コイル１５と共振することによって信号を発振し
、さらにこの信号を内蔵の波形成形回路によって波形成
形し報知器１７への出力信号１．６３を出力するように
構成されている。報知器１７は前述の第１図の報知器７
と同様である。

第６図において、強磁性体１４はそのキュリー温度Ｔｃ
を被測定物体１の過熱検出温度に選んでおく。被測定物
体１がキュリー温度Ｔｃに達する前までは検出コイル１
５のインピーダンスは強磁性体１４の強磁性の影響を受
けた値となっているが、被測定物体１がキュリー温度Ｔ
。にまで過熱されると、強磁性体１４はその強磁性を消
失するので検出コイル１５のインピーダンスが急激に低
下する。検出回路１６における発振回路の共振条件を検
出コイル１５のインピーダンスが低下したときの値に調
整しておくことにより、検出回路１６は出力信号１６Ｓ
を出力し報知器１７が被測定物体１の過熱したことを報
知する。

第１図の実施例が強磁性体２に付設された永久磁石３を
必要としていたのが、この第６図の実施例の場合は強磁
性体１４のみでよく、永久磁石３が不要となる特長を有
している。また、強磁性体１４は第２図ないし第４図で
示したＦｅ、　Ｃｏを含むＮｉ基アモルファス磁性合金
、Ｍｎ　−Ｚｎ系フェライト、ＮｌＺｎ系フェライトの
いずれも適用することができ、キュリー温度Ｔ、を所定
、の値に選定することができる。

さらに、図は省略するが第６図における強磁性体１７は
、第５図で示した真空バルブの過熱検出装置にも適用す
ることができ、第５図において、強磁性体２と永久磁石
３の代わりに強磁性体１７を配するとともに、リードス
イッチ４の代わりに検出コイル１５を配することによっ
て真空バルブの真空漏れを早期に検出することができる
。検出コイル１５は前述の磁気センサ６と同様にガス絶
縁機器や油入絶縁機器にも適用することができ、第１図
と第６図の実施例は適用できる個所に差異はない。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、被測定物体に所定のキュリー
温度を備えた強磁性体を固着させ、この強磁性体を介し
て両極が接続されるように構成された永久磁石を配し、
この永久磁石とは絶縁距離を介して磁気センサを配し、
この磁気センサの出力信号を受けて報知器が被測定物体
の過熱したことを報知する構成としたことにより、被測
定物体の過熱検出の温度を非接触で正確に検知する装置
を提供することができる。

さらに、この発明は前述のように、被測定物体に所定の
キュリー温度を備えた強磁性体を固着させ、この強磁性
体とは絶縁距離を介して検出コイルを配し、この検出コ
イルのインピーダンスが低下したときに電気信号を出力
する検出回路を備え、この検出回路の出力信号を受けて
報知器が被測定物体の過熱したことを報知する構成とし
たことにより、永久磁石を強磁性体に付設しなくても被
測定物体の過熱検出の温度を非接触で正確に検知する装
置を提供することができる。

上記の発明は、磁気センサを用いた場合、或いは検出コ
イルを用いた場合ともに、過熱検出したい個所に発光器
と受光器とを結ぶ光通路が確保できなくとも過熱検出が
可能であり、また、大気絶縁機器以外にガス絶縁機器、
油入絶縁機器の過熱検出用としても適用が可能であり、
多くの種類の個所に適用することができるという利点が
得られる。

また、上記の発明は、磁気センサを用いた場合、或いは
検出コイルを用いた場合ともに、強磁性体をＦｅ、　Ｇ
ｏを含むＮｉ基アモルファス磁性合金＋Ｍｎ−Ｚｎ系フ
ェライト、あるいはＮｉ　−Ｚｎ系フェライトとするこ
とにより、過熱検出温度を所定の値に選択することがで
きるという利点が得られる。

さらに、上記の発明は、磁気センサを用いた場合、或い
は検出コイルを用いた場合ともに、強磁性体を真空バル
ブの固定端子或いは可動端子に固着させることにより、
真空バルブの真空漏れを早期に発見できる装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第６図はこの発明の互いに異なる実施例に
かかる過熱検出装置の電気回路を含めた斜視図、第２図
はこの発明の実施例にかかるアモルファス磁性合金のキ
ュリー温度を示す３元状態図、第３図はこの発明の実施
例にがかるＭｎ　−Ｚｎ系フェライトの比透磁率を示す
特性線図、第４図はこの発明の実施例にがかるＮｉ−Ｚ
ｎ系フェライトの比透磁率を示す特性線図、第５図はこ
の発明を真空バルブの過熱検出装置として適用した構成
を示す断面図である。 １：被測定物体、２．１４二強磁性体、３：永久磁石、
４：リードスイソチ、５：直流電源、６：磁気センサ、
６Ｓ：出力信号、７．１７：報知器、８Ａ。 ８Ｂ、８Ｃ：アモルファス磁性合金の特性曲線、９Ａな
いし９Ｅ：Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの特性曲線、ＩＯＡ
ないしＩＯＦ　　：Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの特性曲線
、１１：真空タンク、１１八　：絶縁タンク、ＩＩＢ、
　ＩＩＣ：真空封止金具、１２：主接点、１２八　：固
定接触子、１２Ｂ：可動接触子、１３Ａ：固定端子、１
３Ｂ：可動端子、１５：検出コイル、１６：検出回路、
ｄ：絶縁距離、Ｔｃ：キュリー温度、δ：Ｚｎフェライ
トの含有量。 温度（Ｘ　７００°Ｃ）÷ 第３図 第２肥 ブ呂度（Ｘ　ＩＯＤ’Ｃ）　− 第４閉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被測定物体が所定の温度を超え過熱したことを非接
   触で検出し報知するものであって、被測定物体に固着さ
   れ所定のキュリー温度を備えた強磁性体と、この強磁性
   体を介して両極が接続された永久磁石と、この永久磁石
   と絶縁距離を介して配され前記永久磁石の発生する磁束
   を受けたときに電気信号を出力する磁気センサと、この
   磁気センサの出力信号を受け前記被測定物体が過熱した
   ことを報知する報知器とにより構成されてなることを特
   徴とする過熱検出装置。 ２）被測定物体が所定の温度を超え過熱したことを非接
   触で検出し報知するものであって、被測定物体に固着さ
   れ所定のキュリー温度を備えた強磁性体と、この強磁性
   体とは絶縁距離を介して配され前記強磁性体と交差する
   磁束を発生させる検出コイルと、この検出コイルを励磁
   するとともに前記検出コイルのインピーダンスが低下し
   たときに電気信号を出力する検出回路と、この検出回路
   の出力信号を受け前記被測定物体が過熱したことを報知
   する報知器とにより構成されてなることを特徴とする過
   熱検出装置。 ３）請求項１または２記載のものにおいて、強磁性体が
   Ｆｅ、Ｃｏを含むＮｉ基アモルファス磁性合金、Ｍｎ−
   Ｚｎ系フェライト、或いはＮｉ−Ｚｎ系フェライトのい
   ずれかであることを特徴とする過熱検出装置。